湿陷性黄土地基处理

刘仁旺

1 概述

在我国华北广大黄土地区,黄土一个显著的特点是在天然状态下,未受水浸湿的黄土具有较高的强度,较小的压缩性,但当遇水浸湿后,由于黄土大孔隙结构的破坏,产生了湿陷变形。

黄土的湿陷性和它本身所具有的大孔隙结构及其所含的易溶盐等化学物质成分有关。大孔隙结构的四周由于有可溶盐浓缩所形成的胶结物质的存在,增强了土粒间抗滑移的能力,阻止了土体在上覆自重压力下的压密。另外,由于碳酸钙等物质的胶结作用,使颗粒间的联结强度增加,因而在天然含水量状态下,未受水浸湿的黄土具有较高的强度,较小的压缩性。但当黄土受水浸湿后,结合水膜增厚,结合水联结消失,颗粒四周的胶结盐类也溶于水中,因此颗粒间联结强度降低,在上部建筑物荷重作用下,大孔隙结构破坏,颗粒滑向大孔隙,孔隙体积减小,土体被压密,黄土则出现了湿陷变形。这种土质的基础处理与其他土质相比,施工难度大,进度慢,情况复杂,耗用时间长,特别是大面积的土质夯填及水利坝体处理。

2 现有地基处理方法存在的问题

1)有的工程未能因地制宜的采用合理的处理方法。比如:饱和软黏土地基不宜采用振密、挤密法加固。和其他的方案进行比较,采用的不是很好的方法,更不是最好的方法,造价高和工期长。地基处理应根据工程实际情况指定方案。2)施工设备的配置影响地基处理质量。3)地基处理的实际效果跟不上理论效果。现在对地基处理的方法很多,但是从处理的效果上看,有的就很差。

3 施工现场地基处理采取的方法

3.1 强夯法

强夯法又叫动力固结法。是利用起重设备将80 kg～400 kg的重锤起吊到10 m～40 m高处,然后使重锤自由落下,对黄土地基进行强力夯击,以消除其湿陷性,降低压缩变形,提高地基强度,但强夯法适用对地下水位以上饱和度Sr≤60%的湿陷性黄土地基进行局部或整片处理,可处理的深度为3 m～12 m。

施工要点:施工前应试夯,确定有关技术参数,如夯锤的重量、底面直径及落距、最后下沉量及相应的夯击遍数和总下沉量;夯实前槽、坑底面的标高应高出设计标高;夯实时地基土的含水量应控制在最优含水量范围内;大面积夯时应按顺序;基底标高不同时应先深后浅;结束后,应及时将夯松的表土清除或将浮土在接近1 m的落距夯实至设计标高。

3.2 灰土垫层法

灰土垫层法是采用消石灰与土的2∶8或 3∶7的体积比配合而成,经过筛分拌和,再分层回填,分层夯实的一种方法,要保证夯实的质量必须要严格控制好灰土的拌制比例,土料的含水率,这对夯填质量起主要的影响因素。在实际施工过程中,不可能用仪器对每一层土样进行含水率测定,通过“握手成团,落地开花”的直观测定法来测定,把握好灰土的含水量,适应于处理厚度较为浅的地基处理。当处理厚度超过3 m时,挖填土方量大,施工期长,施工质量也不易保证,会影响工程质量和工程进度。

3.3 挤密法

挤密法是利用沉管、爆破、冲击、夯扩等方法在湿陷性黄土地基中挤密填料孔再用素土、灰土,必要时采用高强度水泥土,分层回填夯实以加固湿陷性黄土地基,提高其强度,减少其湿陷性和压缩性。挤密法适用于对地下水位以上,饱和度Sr≤65%的湿陷性黄土地基进行加固处理,可处理的湿陷性黄土厚度一般为5 m～15 m。挤密法在含水量较高(略低于最优含水率),特别是在整个处理深度范围内的含水量普遍偏低的土质中不宜采用。

3.4 桩基础法

桩基础既是一种基础形式也可看作是一种地基处理措施,是在地基中有规则的布置灌注桩,以提高地基承载能力。灌注桩分为有扩底和无扩底两种,桩孔直径一般为60 cm～80 cm,桩底扩大头直径一般为90 cm～120 cm,最大直径达180 cm,入土深度一般为10 cm～25 cm,最大入土深度达30 m以上。两者可根据场地土质情况,采用人工挖孔或采用钻机及其他设备进行成孔。为了提高桩基础的承载力,充分发挥和利用桩底端下部土(岩)层的潜力,通常采用扩底灌注桩。桩根据受力不同可分为端承桩和摩擦桩,这种地基处理方法在工业与民用建筑中使用较多,但桩基础仍然存在潜在的隐患,地基一旦浸水,便会引起湿陷给建筑物带来危害。在自重湿陷性黄土中浸水后,桩周土发生自重湿陷时,将产生土相对桩的向下位移对桩产生一个向下的作用力即负摩擦力。而且通过实践证明,预制桩的侧表面虽比灌注桩平滑,但其单位面积上的负摩擦力却比灌注桩大。

4 基础进行地基加固处理外,还应有结构本身防变形的设计

4.1 对于湿陷性黄土的地基,应选用相应的基础

1)条形基础。5层以下砖混结构中,常用墙下条形基础。2)筏片基础。考虑场地的不均匀性,5层～6层建筑大多为此基础形式。3)箱形基础。箱形基础突出的优点是抗震稳定性好,刚度也比较大,抵抗不均匀沉降的能力也比较强。由于高层建筑一般荷载较大,对地基的附加应力影响范围广,因此为了减少地面产生过大荷载,就要考虑在建筑物地面下设置地下室,以卸除土的自重压力,予以平衡,使基础更加稳定。

4.2 增强结构整体刚度

建筑物常因功能的需要,使本身具有一定的刚度,一般工业及民用建筑刚度比较大的有两种:一种为绝对刚性,如钢筋混凝土筒仓等;另一种为相对刚性,如多层砖石房屋,多层钢筋混凝土框架,像这样的建筑虽然具有一定的刚度,但是它的强度较低,不能与它的刚度协调一致,其抗拉能力尤弱,因此碰到黄土湿陷地基时应适当增加其关键部位的抗拉强度,这样有利于利用建筑物的刚度来调整建筑物部分不均匀沉降。

4.3 设置沉降缝

沉降缝的设置宜结合建筑物的平面形状、地基土质、基础类型及荷载条件等设置沉降缝,一般在下列部位设置:1)建筑平面的转折部位;2)高度差异或荷载差异处;3)长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位;4)建筑结构或基础类型不同处;5)分期建造的房屋的交界处。沉降缝应有足够的宽度,房屋层数为2层～3层时,沉降缝宽度为 50 mm～80 mm;房屋层数为 4层～5层时,沉降缝宽度为 80 mm～120 mm;房屋层数为5层以上时,沉降缝宽度不小于120 mm。通过以上部位设置沉降缝可大大减少由于地基土软弱引起的不均匀沉降。

4.4 注意相连建筑物的相互影响确保相邻建筑物之间的安全距离

建筑物荷载不仅使本建筑物下的土层产生压缩变形,在它以外一定范围内的土层,由于受到基础压力扩散的影响也将产生压缩变形,这种变形随着距离增加而逐渐减小,由于软土地基的压缩性很高,当两建筑物之间距离较近时,这类附加不均匀压缩变形甚大,常造成邻近建筑物的倾斜或损坏,若被影响建筑物的刚度强度较差时,危害主要表现为产生裂缝;当刚度强度较好时则表现为建筑物的倾斜。

4.5 减轻建筑物的自重

减轻自重可减少建筑物的总沉降量,从而有利于对不均匀沉降的控制。也可在预先估计沉降量大的部分减轻自重,用以直接调整不均匀沉降。由于一般砖石结构民用建筑墙身重量所占比例很大,故若能用轻质材料和改变结构体系来减轻这部分的重量,对控制沉降会有明显效果。本工程砌体材料均采用蒸压混凝土空心砌块,在起到保温效果的同时又减轻了建筑物的自重。

5 结语

地基处理的好坏会影响到工程的质量,通过合理的建筑设计,有效的减轻和消除对地基结构的不利影响,确保工程质量。在华北地区,湿陷性地基处理应根据实际情况处理,每种地基处理不是万能的,所以在实际处理地基时,采用几种方案组成的综合处理方法,适用且经济。

[1]刘桂灵.湿陷性黄土湿陷机理及处理措施[J].山西建筑,2009,35(6):148-149.

[2]GBJ 25-90,湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[3]叶书麟.地基处理[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.