湿陷性黄土地基处理方法

精心整理
1、概述
湿陷性黄土地基处理主要取决于湿陷性黄土的特殊性质，湿陷性黄土地基的变形包括压缩和湿陷性两种，当基底压力不超过地基土的容许承载力时，地基的压缩变形很小，大都在其上部结构的容许变形值范围以内，不会影响建筑物的安全和正常使用。

湿陷变形是由于地基被水浸湿引起的一）建筑4大多以第一个目的即消除湿陷为主。

湿陷性黄土的地基处理，在处理深度和处理范围上区分：1）浅处理，即消除建筑物地基的部分湿陷量；2）深基础处理，即消除建筑物地基的全部湿陷量，这种方法包括采用桩基础或深基础穿透全部的湿陷性黄土层。

在湿陷性黄土地区设计措施，主要有地基处理措施、防水措施和结构措施三种。

地基处理的常用方法有垫层、重锤夯实、强夯、土（或灰土）桩挤密和深层孔内夯扩等，可以完全或部分消除地基的湿陷性，或采用桩基础或深基础穿透湿陷性黄土层，使建筑物基础坐落在密实的非湿性土层上，保证建筑物的安全和正常使用。

层、混凝土挤密短桩，俄罗斯等国认为当处理厚度大于12m的黄土时，热处理和预浸水与水下爆扩相结合都比桩基础经济，根据我国经验，灰土垫层、灰土（或土）挤密桩可分别适用于处理3m左右和10m左右厚的湿陷性黄土层的湿陷性，10m以上可采用深层孔内强夯以及桩基础等。

预浸水
法可用于处理厚度大、自重湿陷性强烈的湿陷性黄土场地，但该方法处理后距地表一定深度内的土层应具有湿陷性，必须采用其他方法另作处理。

总之，在具体选用湿陷性黄土的处理方法时，应根据建筑场地的湿陷性类别、湿陷等级、以及地区特点，首先考虑因地制宜和就地取材等原则，并根据施工技术可能达到的条件，经过技术经济对比予以选用，必要时可几种方法综合考虑使用。

2
2.1
大部分面积达
力共同作用下，受水浸湿时将产生大量而急剧的附加下沉，这种现象称为湿陷，它与自重湿陷性黄土一般土受水浸湿时所表现的压缩性稍有增加的现象不同。

由于各地区黄土形成时的自然条件差异较大，因此其湿陷性也有较大差别，有些湿陷性黄土受水浸湿后的土的自重压力下就产生湿陷，而另一些黄土受水浸湿后只有在土的自重压力和附加压力共同作用下产
生湿陷。

前者称为自重湿陷性黄土，后者称为非自重湿陷性黄土，一般将黄土开始湿陷时的相应压力称为湿陷起始压力，可看作黄土受水浸湿后的结构强度。

当湿陷性黄土实际所受压力等于或大于土的湿陷起始压力时，土就开始产生湿陷。

反之，如小于这一压力，则黄土只产生压缩变形，而不发生湿陷变形。

湿陷变形不同于压缩变形，通常压缩变形在荷载施加后立即产生，随
1-3小时
20-30cm
量越大，因而对建筑物的危害越大，反之，则小。

湿陷性黄土湿陷系数一般通过室内压缩仪进行测试，并按下式计算湿陷系数的δ
s
：
式中：h
p 为土样在压力p作用时下沉稳定后的高度；h
p
'为上述加压
稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度；h
为土样的原始高度；
e p为土样在压力p作用下下沉稳定后的孔隙比；e p'为上述加压稳定后土样
为土样的原始孔隙比。

在浸水作用下下沉稳定后的孔隙比；e
湿陷系数在工程中主要用于：1）判别黄土的湿陷性；2）鉴别湿陷性黄土湿陷性的强弱；3）预估湿陷性黄土地基的湿陷量。

对黄土湿陷性的判别，按现行黄土规范，以0.015作为界限值，大于或等于0.015，则定为湿陷性黄土，小于0.015则定为非湿陷性黄土。

利用
0.03为
集中
2.2湿陷性黄土地基的各种地基处理方法的加固机理及影响因素
湿陷性黄土地区地基处理，尽管在地基处理技术的应用上同其他地区相比在施工工艺等方面差别不大，但其加固机理及方法又进一步体现了湿陷性黄土的地区特征，往往在提高承载力的同时，对黄土的湿陷性进行消除。

1、重锤表面夯实及强夯
重锤表面夯实适用于处理饱和度不大于60%的湿陷性黄土地基。

一般采用2.5-3.0t的重锤,落距4.0-4.5m,可以消除基底以下1.2-1.8m黄土层湿陷性。

在夯实层的范围内，土的物理、力学性质获得显着改善，平均干重度明显增大，压缩性降低，湿陷性消除，透水性减弱，承载力提高。

非自重湿陷性黄土地基，其湿陷起始压力较大，当用重锤处理部分湿陷性黄土层后，可减少甚至消除黄土地基的湿陷变形。

因此在非自重湿陷性黄土场地
式中：
0.3～
3-6cm
多变的夯击方式，可以在一个夯位上连续夯到所需击数，而后在移到下一个夯位上，依次一遍夯实，强夯对湿陷性黄土土湿陷性的消除效果明显，一般可达8-10m。

2、土（灰土）垫层
在湿陷性黄土地基上设置土垫层，在我国是一种传统的地基处理方法，已有近两千年的历史，目前被广泛推广采用。

将处理范围内的湿陷黄土挖去，用素土（多用原开挖黄土）或灰土（灰土比一般为3：7或2：8）在最优含水量状态下分层回填（压）实。

采用土垫层或灰土垫层处理湿陷性黄土地基，可用于消除基础底面1-3m土层的湿陷性，（目前也有6m以上换填，主要做法是下部用素土换填，分层碾压，上部采用灰土垫层），
，
筑；2
的湿陷事故与未进行地基处理的湿陷性黄土同样严重。

在独立基础或条形基础下设置一定宽度的灰土垫层，有利于途中应力的扩散，增强地基的稳定性，阻止基底下土侧向挤出，从而减小或消除地基的湿陷变形。

在土层相同的湿陷性黄土场地上所做灰土（或土）垫层载荷试验表明，垫层的宽度超过基础底面宽度太小，地基受水浸湿后不能有效地防止土的侧向挤出，湿陷变形仍然较大。

因此，垫层每边超出基础底面的宽度不得小于垫层厚度的一半，其超过宽度按下式计算：
B=b+2ztanθ
式中:B为需处理土层底面的宽度,m;b为条形(或矩形)基础短边的宽度，m；z为基础底面至处理土层底面的距离；c为考虑施工机具影响而外设的附加宽度，宜为20cm；θ为地基压力扩散线与垂直线的夹角，宜为22-30度，用素土处理宜取小值，用灰土处理宜取大值。

设置整片灰土（土）垫层是为了消除基础底面以下部分黄土的湿陷性，同时借助于整片灰土（土）垫层的隔水效果，可与防水从室内外渗入地基，
层，
1
2
3
而消除桩间土的湿陷性并提高承载力。

灰土（土）桩是一种柔性桩，灰土（土）挤密桩地基，其上部荷载由桩和桩间土共同承担，挤密后的地基为复合地基，类似垫层一样工作，上部荷载通过他往下传递时应力要扩散，而且比天然地基扩散的更快，在加固深度以下，附加应力将大大减少，灰土（土）挤密桩对地基的加固处理效果，不仅与桩距有关，还与所处理的
厚度与宽度有关。

当处理宽度不足时（尤其在未消除全部黄土的湿陷性的情况下），可能使基础产生较大的下沉，甚至尚失稳定性，根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GBJ25-90）要求，当为局部处理时，在非自重湿陷性黄土场地，处理宽度两端要超过基础宽度的0.25倍，并不应小于0.5米，在自重湿陷性黄土场地，如要求加固后地基土的湿陷性完全消除，则处理宽度要超过基础宽度两边各0.75倍，不小于1米。

如果湿陷性黄土地基处
对甲、
0.95，
米厚的
或灰土，或建筑物垃圾和废料。

在湿陷性黄土地区建筑地基应用中，成孔后，孔内分层夯填时，对孔周围土体进行挤密，其挤密的影响范围，与夯锤的夯击能量有关，在消除孔周围土体湿陷性的同时提高地基土的承载力，其受力与灰土（土）挤密桩地基相似，所不同的是灰土（土）挤密桩地基，在成孔过程中对桩间土的挤密已完成绝大部分，而孔内夯扩桩对桩
间土的挤密则在孔内充填土料的过程中完成。

其对地基的处理深度较深，可达20米左右，无地下水的限制，在湿陷性黄土地基处理时的要求，一般参考灰土（或土）挤密桩地基。

4、桩基础
在湿陷性黄土地区采用桩基础，将桩穿透湿陷性黄土层，在非自重湿陷性黄土地区，桩底端应支承在压缩性较低的非湿陷性土层中。

对自重湿陷性黄土场地，桩底端应支承在可靠的持力层中。

经30多年的工程实践证明，如桩穿透湿陷性土层，支承于可靠的持力层上，则地基受水浸湿后完全能保证建筑物的安全，反之会导致湿陷事故。

湿陷性黄土地区桩基础一般采用打入桩、静压桩、钻孔或人工挖孔灌注桩以及沉管灌注桩等，
浸
在有些情
因此，
事故。

5
硅化加固湿陷性黄土的物理化学过程，一方面基于浓度不大的、粘滞度很小的硅酸钠溶液顺利地渗入黄土的孔隙中，另一方面溶液与土的互相凝结，土起着凝结剂的作用。

单液硅化系由浓度10%~15%的硅酸钠溶液加入2.5%的氯化钠组成。

溶液进入土中后，由于溶液中的钠离子与土中水溶液盐类中的钙离子（主要为CaSO4）产生互换的化学反应，即在土颗粒表面形成硅酸凝胶薄膜，从而增强土粒间的连接，填塞粒间孔隙，使土具有抗水性、稳定性，减少土的渗水性，消除湿陷，同时提高地基的承载能力，其化学反应式如下：
Na2O.ｎSiO2+CaSO4+mH2O→ｎSiO2.(m-1)H2O+Na2SO4+Ca(OH)2
在反应初期，硅酸凝胶薄膜的厚度很小，只有几微米，因而它不妨碍以后压入溶液的渗透流动，但相隔几小时后，由于凝胶大量生成，土中孔隙被硅酸凝胶充填，毛细管通道被堵塞，使土的透水性降低。

尽管硅酸凝胶薄膜的厚度很小，但是它有足够的强度，能使土在溶液饱和的初期，不会由于外荷作用而产生过大附加下沉。

随着胶膜逐渐加厚和硬化，土的强度也随着时间而增长。

在加固后前半个月，土的强度增长速度最大，而且在一年以后仍有所增长，当土样在水中浸泡时，仍
可观察到黄土在继续硬化。

硅化加固中，由于黄土中钙、镁离子参加反应，生成硅酸凝胶，但土体达到一定强度，为了提高加固土体的早期强度，以减少加固过程中附加下沉，可采用加气硅化法，加气硅化一般用CO2和氨气，一般使用CO2较多。

即首先在地基中注入CO2气体，使土中空气部分被CO2占据，使土活化，然后灌入水玻璃溶液，再灌CO2，由于碱性水玻璃强烈吸收CO2，形成自真空作用，促进浆液均匀分布于土中，并渗透到土的微孔内，可使95%~97%的孔隙被浆液充填，加固土体的透水性大大降低，地基经过加固后，浸水后的附加下沉量极其微小，湿陷性已完全消除，其地基层缩变形量很小，与天然地基相比，其变形模量，以及地基承载力大大提高。

碱液加固：利用NaOH溶液加固湿陷性黄土地基在我国始于20世纪60年代，其加固原则为；NaOH溶液注入黄土后，首先与土中可溶性和交换性碱土金属阳离子发生置换反应，反应结果使土颗粒表面生成碱土金属氢氧化物，例如：
2NaOH+Ca2+→2Na++Ca(OH)2↓
2NaOH+Ca2+(土粒)→2Na+(土粒)+Ca(OH)2↓
溶液
CaCl2也直
Na2O.SiO
自重湿固时，
CaCl2两种溶液进行加固。

经技术经济比较，也可采用碱液与生石灰桩的混合加固方法。

但对下列情况不宜采用碱液加固：①对于地下水位或饱和度大于80%的黄土地基；②已渗入沥青、油脂和其他石油化合物的黄土地基。

6、预浸水法
预浸水法是在修建建筑物前预先对湿陷性黄土场地大面积浸水，使土体在饱和自重压力作用下，发生湿陷产生压密，以消除全部黄土层的自重湿陷性和深部土层的外荷湿陷性。

上部土层（一般为距地表以下4~5m内）仍具有外荷湿陷性，需要作处理预浸水的浸水坑的边长不得小于湿陷性土层的厚度。

当浸水坑的面积较大时，可分段进行浸水，浸水坑内水位不应小于30cm，连续浸水时间以湿陷度变形稳定为准。

其稳定标准为最后5天的平均湿陷量小于5mm。

地基预浸水结束后，在基础施工前应进行补充勘查工作，重新评定地基的湿陷性，并采用垫层法或强夯法等处理上部湿陷性土层。

预浸水法一般适用于湿陷性黄土厚度大、湿陷性强烈的自重湿陷性黄土场地。

由于浸水时场地周围地表下沉开裂，并容易造成“跑水”穿洞，影响附近建筑物的安全，所以在空旷的新建地区较为适用。

在已建地区采用时，浸水场地与已建建筑物之间要留有足够的安全距离浸水试坑与已有建筑物的净距，当地基内存在隔水层时，应不小于湿陷性黄土层厚度的3.0倍；当不存在隔水层时，应不小于湿陷性黄土层厚度的1.5倍。

此外，还应考虑浸水时对场地附近边坡稳定性的影响。

预浸水法用水量大，工期长。

处理1m2面积至少需用水5t以上。

在一般情况下，一个场地从浸水起至下沉稳定以及土的含水量降低到一定要求时所需的时间，至少需要一年左右。

因此，预浸水法只能在具备充足水源，又有较长施工准备时间的条件下才能采用。

7、其他的加固方法
高压注浆固结法、CFG法等的加固机理与别的地区基本相同，参考其他有关章节，另外在饱和的黄土地区，近几年来也采用粉喷桩法和深层搅拌法，其加固机理见相关章节。

2.3湿陷性黄土地基处理的施工工艺
2.3.1。

在
施
土厚度以及灰土或土料的含水量，根据选用的施工机械确定。

选用的含水量应接近最优含水量，最优含水量一般通过击实试验确定，垫层施工质量检测应在每层表面下2/3厚度处取样，检测土的干密度，取样数量不应小于下列规定：①整片垫层，每100m2每层3处；②矩形（或方形）基础底
面下的垫层，每层2处；③条形（包括管道）基础底面下的垫层，每30m 每层2处。

2.3.2硅化加固
硅化加固主要材料为水玻璃，主要设备为注浆管、打孔机（带脚架或其他机械成孔机）分配器、溶液罐、注浆泵、胶皮管（带压）压力表和滑轮等。

注浆孔的布置原则，应能使被加固墙体在平面和深度范围内能造成一个整
Q=Vn–
式中：
（
时，
（2）浆液配置当水玻璃（硅酸钠）溶液的浓度大于硅化加固要求的浓度时，应加水稀释，稀释1L硅酸钠溶液的加水量x(L)可按下式计算: 式中：a1为稀释前的硅酸钠（水玻璃）溶液比重，一般为1.45~1.53；a2为加水稀释后硅酸钠溶液的比重，采用单液硅化时，一般为1.13~1.15。

浆液配料时，先将未稀释的水玻璃溶液盛入容器内，把2.5%的氯化钠溶液和按上式算出的用水量徐徐到入容器，搅拌均匀，用比重计检查其浓度，符合要求时即要将配好的溶液盛入注浆用的容器内，并立即使用，放置时间不宜超过4h,以免沉淀和形成凝胶。

每注浆管加固一层土所需的水玻璃溶液用量V(L)可按下式计算：
V=πR2LQ
式中：
1m3
（。

在注
2.3.3碱液加固
碱液加固设备和工艺均较为简单。

用洛阳铲或钢管打到预定的加固深度，孔径为5~7cm，孔中填入2~4cm粒径的小石子至注浆管下端的标高处，然后将Φ20mm钢管插入孔中，再用0.5~2.0cm粒径的小石子填入管子四周约20~30cm高，其上用素土填实直到地表。

碱液注入灌注桶中，溶液在桶中可用蒸汽管加热或在桶底直接用火加热。

桶底部焊一带阀门直径为20mm的管嘴，外接直径25mm胶皮管，注碱液时将胶皮管与注液管连接，开启阀门，溶液即以自流方式渗入注浆孔周围，形成加固体。

碱液加固时的氢氧化钠消耗量主要取决于土对它的吸收能力，是由土中钙、镁离子和有机物含量中细颗粒含量吸收这些成分与氢氧化钠反应的
，相
液（
2.3.4
定。

5~8m。

层的厚度，并按建筑物尺寸外延3~5m。

当浸水场地面积较大时，预浸水应分段进行，每段50米左右。

浸水前沿场地四周挖土或修筑土埂，高0.5米，并设置地面标点和深标点。

浸水后定期观测标点下沉，至下沉稳定为止。

自重湿陷性黄土场地一般土质疏松，而且常有裂缝和孔洞分布，在浸水过程中容易发生“跑水”，给予浸水法施工造成困难，影响处理效果，因此，从一开始注水就仔细观察，如发现有裂隙或孔洞“跑水”现象，需及时填土堵塞。

浸水初期，水位不宜过高，待周围地表形成环形裂缝时在将水位适当提高，“跑水”一般发生在开始浸水的时候，在第一周内要加强观察。

“跑水”严重时要停止浸水，以便处理。

习惯做法，有一定成功经验。

另外还有结构措施，即在湿陷性黄土地基上的建筑物在结构设计时应考虑当地基发生湿陷时建筑物仍能保持其整体性和稳定性，减少建筑物的不均匀下沉，并减轻建筑物的损坏程度。

其结构措施的主要内容为：①选择合理的结构和基础形式，以适应不均匀下沉；②加强结构的整体性和空间刚度，以减少不均匀下沉；③外墙建筑部件（结构）的强度，减轻湿陷的损害；④预留适当净空，以适应湿陷变形。

2.4结语
目前在我国湿陷性黄土地区最常用的地基处理方法包括：土（或灰土）
制，
在处理自重湿陷性黄土地基时可提高消除湿陷性的效果，加速湿陷的完成。

电火花法国外已取得成功的经验，但目前国内还没有使用.
实例：
强夯法处理湿陷性黄土施工技术
（高速公路）
1.强夯法施工原理
强夯法又称动力固结法，是利用重力机械将重8~30t的夯锤起吊一定高度后，突然释放，重锤从高处自由下落对地基产生强大的冲击能，在地基土中产生巨大的应力波来破坏土体原有的大孔隙结构，使土体局部发生液化，并产生许多裂隙，增强排水通道，使孔隙水逸出，待孔隙水压力消散后，土体重新固结，承载力提高。

同时，强夯还提高了土层的均匀程度，
2.
（1
式中K
（2
夯点布置一般采用等边三角形或正方形网格布设，夯点中心距离由夯锤尺寸、夯锤边缘外土最大液化宽度确定。

先夯击标有1的夯点，再夯击标有2的夯
点，经不同时间测试，通过综合分析，在两夯点间挖坑取样，进行密度检测，看是否达到设
（d 1不大于100mm 。

2）夯坑周围地面不发生过大隆起。

3）不因夯坑过深而起锤困难。

4）夯击遍数。

夯击遍数通常由单位面积平均夯能确定，按照夯点布置图中标1的夯点进行第一遍夯击，夯完过15d后进行2号点的第二遍夯击，一般夯击2～３遍，最后再低能量满夯１遍，将松动的表土夯实。

5）夯击间歇时间。

各遍间的夯击间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需时间，试夯过程中根据取样测试绘制孔隙水压力增量和时间关系曲线（略）
6
7
平、
3.
2.35m。

夯击遍数3遍，每点6击，排夯采用60t重锤，直径2.6m，夯点搭接二分之一。

（1）试夯检测。

为检验强夯过的场地是否满足设计要求并取得试验数据，要对土层密度和深层变形的加固效果进行检测。

（2）密度检测（环刀法）。

在夯点中心和两夯点中间取样，进行密度检测。

（3）采用三轴固结仪、烘箱、环刀、电光式液塑限仪等土工试验仪器进行检验。

（4）强夯施工。

强夯施工前先查明场地范围内的地下构造物及地下管线的位置及地表高程等，并采取一定措施，避免强夯施工而造成破坏；
4
（
直径
（
②放线布点，采用正三角形布设，并用白灰作出明显的标记。

③起重机就位，使夯锤对准夯点位置，并测设夯前锤顶高程。

④将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。

⑤按设计规定及试夯测试结果控制夯击次数和标准。

⑥推土机推平夯坑，测量场地高程。

⑦在试夯得出的间歇时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能满夯，将表层松土夯实，并测量夯后场地高程。

（3）施工注意事项
①夯距不易过小，否则相邻夯击点的加固效应将在浅处叠加而形成硬层影响夯击能向深处传递，对于粘性土，如果夯距太近会使产生的裂隙又。