湿陷性黄土研究与加固

刘瑞强

(兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州　730050)



湿陷性黄土研究与加固

刘瑞强

(兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州730050)

摘要:结合湿陷性黄土的特征和性质，研究了黄土的湿陷原因和机理，并结合兰州等地区的工程实例，分析了湿陷性黄土对建筑物的损坏方式，探讨了相应的防治方法，最后提出了湿陷性黄土地基处理与加固的措施。

关键词:湿陷性黄土，地基加固，建筑物，承载力

1　湿陷性黄土的分布

在世界上，湿陷性黄土的分布很广泛，在我国则主要分布在西北，东北，华东和华中等地区。如甘肃，青海，山西，河南陇西，秦岭山北。地理位置一般多处在干旱与半干旱气候地带。一般情况下，其堆积厚度约为10 mm～40 mm。有些区域其厚度可达200 mm左右。但因地形、地质、地貌、水文等条件的不同，湿陷性黄土的堆积厚度存在一定的差异，我国大部分分布在黄河上游地区。

2　湿陷性黄土湿陷原因及机理

2．1黄土的基本特征

黄土类土是一种产生于第四纪大陆特殊的松散堆积物，性质特殊，其按工程性质可分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土，此外，还有自重和非自重湿陷性黄土等，湿陷性黄土的颗粒以粉粒为主，呈黄色或黄褐色，孔隙大且肉眼可见。黄土按地层特征可分为新近堆积黄土，新黄土，老黄土。新近堆积黄土，多虫孔，最大直径在0．55 cm～2 cm之间，结构松软，土质不均匀，似蜜蜂窝。新黄土有大孔的发育，土质较均匀，有的会有小硬结石等，结构稍密或中密，所以它们两者与工程建筑关系密切相关，一般都有湿陷性。而老黄土则基本不具有大孔，土粒均匀，层理的发育很少见，礓结石较少，质地较密实，土质均匀，且有小石子的存在。因而一般没有湿陷性问题存在。

2．2黄土的结构和性质对湿陷性的影响

黄土的结构多是单个颗粒结构组成，即土壤颗粒没有紧密地聚集在一起，其特点是土粒间存在点与点的接触居多，接触面小，空隙较大。而且黄土还会与植物的一些腐殖质、水、碳酸盐类等形成胶结物质，由于填充在黄土里的这些胶结物质会遇水溶解，进一步使得空隙增多，影响黄土的湿陷性。如若以团聚状态为主，其湿陷性就小。若以镶嵌状态为主，则其湿陷性就大。在化学成分上主要与石膏和碳酸钙等的含量、酸碱浓度和易溶盐的多少有关，有机质的含量成分不多，因而影响较小可忽略。此外，黄土的湿陷性还与其孔隙比(e)和天然含水率(w)等物理力学性质指标有关，其可作为一个大致且直观判别黄土是否有湿陷性的标准。

2．3黄土湿陷的机理

黄土湿陷的原因有很多种，其作用机理也各自迥异，但产生的效果却都会使建筑物发生不可想象的损坏。黄土湿陷有以下几个方面的原因:由于雨水等的作用，会把松散干燥的粉粒黄土粘聚起来，土颗粒彼此靠近，随着含水量的加大，黄土的有效重度减小，阻碍了土体自重下的压密。尤其在有建筑物等荷载的作用下，会引起湿陷过度，造成土中“毛细血管”的破坏，湿陷性就会越明显。黄土中有大量可溶盐存在，由于其遇水可溶解，从而使得黄土的结构变得更加松散多孔，使强度降低很多，地基承载力下降，产生湿陷。黄土的一些细颗粒表面有一层很薄的结合水膜，由于黄土在受水浸湿后，结合水膜便会吸水增厚，分布在颗粒之间，易于滑动，抗剪强度减弱，产生湿陷。黄土大多以单粒结构存在，颗粒与颗粒之间没有可靠的连接，骨架颗粒之间没有形成一个整体，结构松散，对湿陷性影响较大。

黄土湿陷的产生原因复杂，在工程建设中，有时我们不可能搞清楚黄土湿陷性的全部因素，所以在实际工程中应当抓住主要，有根据地忽略次要，对存在黄土湿陷问题的地基进行合理地加固和处理。

3　湿陷性黄土对建筑物的损坏及防治

湿陷性黄土对水表现较为敏感，雨水，洪水，生活废水对其的影响很大，在上部荷载作用，受水影响较大的区域产生的沉降大，

湿陷性黄土在干燥时，其承载力很高，但一遇水浸湿后，其承载力便急剧下降。因此，防止或减小水对建筑物地基产生的不利影响是尤为重要的。此外还有一些是由于设计施工或维护方面不适当，未按正常要求的工序进行所造成的裂缝。如兰州的某处住宅楼为二级自重湿陷性黄土。由于未做防水处理，上下水管自接与地面相接触，因管道漏水发生28．3 cm的下陷，使得建筑物严重损伤。

湿陷性黄土在结构设计阶段应加大基础的强度、刚度和整体性，并设置合理的沉降缝等。湿陷性黄土在使用阶段采取的重要措施是防水。防止水流入地基土中，必要时采取一定的措施，要有明确的管道铺设路径，施工要严格符合质量要求，定时检查和维护。此外也应该注意屋面排水的设计，避免排下的雨水汇聚，流入地基内部，引发湿陷。

4　湿陷性黄土地基加固与处理

4．1地基加固与处理的说明

任何建筑物的荷载最终都会由基础传给地基，地基必须保证一定的强度，刚度以及稳定性。所以地基的加固与处理就会显得尤为重要。在方案设计时应对天然地层进行工程地基勘察，查明地形、地貌、地层条件、水纹条件及湿陷性黄土的各种性能指标，选取合理的基础、布置方法，采取相应的加固与处理措施。

4．2加固与处理的方法

湿陷性黄土地基的处理与加固有许多种方法，对湿陷性黄土地基加固处理的目的是改善土的结构和性质，采用一定的工程方法对土体进行改良，减少土的压缩性，孔隙性，渗水性等。从根本上出发控制黄土的湿陷性的发生。下面将简单介绍一下各种加固方法的使用范围与具体实施:1)垫层法:顾名思义，此法是做了一层垫层。即将原先基础下部的部分或全部土层，挖出再用素土或灰土分层填埋并夯实，代替原来的不良湿陷性黄土，改变下部土质，减少压缩变形。方便实用，但一般只可适用于地下水位以上的局部成整体的处理，且能处理的湿陷深度一般为1 m～3 m，使用该方法需注意的是:采用素土垫层时应避免在施工过程中过度夯实，防止达到土的极限抗剪强度。否则会使土体发生剪切破坏，影响质量。灰土垫层一般采用3∶7或2∶8灰土，施工时应严格保证灰土的质量，且当需处理的土层厚度超过3 cm时，由于挖土量大，耗时长等因素，垫层法已不再适用。2)挤密法:先在需处理的地基上布置间距合理的柱孔，然后将备好的素土或灰土在最优含水率的情况下分层，并夯实填入柱孔内，利用挤压达到密实。该方法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土地基，处理深度一般为5 m～15 m。在用该方法时需注意:土的含水率接近最优含水率时，挤密的效果最为显著，初始的干密度越小，则挤密的范围越小，效果不明显。此外注意合理的柱距布置，柱距越小，挤密效果越好，但不能设置的太密。挤密法增加了湿陷性黄土的密实度，降低了土的孔隙率，从而减小了地基湿陷的可能。3)强夯法或重锤夯实法:利用重锤自由下落产生的强大冲击能量，作用于不良地基上，进行强力夯实，该法首创于法国，强夯法夯击深度大，效果明显，能显著提高地基的承载力，降低压缩性，改善土体的密实度，从而减轻或消除地基的湿陷性。强夯法在设计阶段应确定夯击能大小、夯击次数、有效加固深度和间距以及时间间隔等。该方法适用于局部或整体的湿陷性黄土的处理，一般可处理地基土的厚度为3 m～12 m，国内外对该方法的加固机理虽有不同的解释，但总的来说，其加固效果还是很明显的，故在工程上的应用较广泛。4)化学加固法:它也是对湿陷性黄土进行加固处理的一种行之有效的方法，主要过程是利用灌浆设备将一定浓度的化学溶液(如硅酸钠溶液、碱液等)注入土体中，产生凝胶作用，增强土体之间的粘结力，填补了空隙，使抗剪强度增强，达到减轻或消除黄土的湿陷量。一般用于加固地下水位以上，并且已建造有建筑物的场地。但由于实施起来费用较高，故一般不用于处理大面积地基加固情况。5)桩基础法:即混凝土灌注桩等桩基础，直接穿透湿陷性黄土的土层，且桩底应支承在坚硬密实，承载力较高的土层上，该方法适用于地下水位较深，地下一定深度处有可靠的持力层的工况中。6)预浸水法:即对要建造的建筑物或构筑物场地，存在湿陷性黄土时，可对该地基土预先进行大面积的浸水，让土体在饱和自重作用下下沉，压实土体，该方法可消除6 m以下土层湿陷性，但由于土体浸湿，需要大量的水，压密过程很缓慢，需要较长时间才能达到所需要求。所以只能用在水源充足且施工准备较长的工程。

5　结语

我国地域辽阔，地层、地质、地貌和水源情况等复杂多变，建筑物对地基土的要求严格，尤其是高层和超高层建筑，因此，湿陷性黄土这种特殊的地质对建筑物或构筑物所造成的危害不容小视，否则后果不堪设想。以上通过对湿陷性黄土做出的综合分析，提出了具体可行的防治措施，阐明了湿陷性黄土的地基加固处理方法和适用范围，以便更好的指导工程实践。

参考文献:

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［4］白俊平，左建，阎涛．湿陷性黄土处理的探讨与研究［J］．中国勘察设计，2012(5):32-39．

［5］GBJ 25—90，湿陷性黄土地区建筑规范［S］．

中图分类号:TU475．3

文献标识码:A

文章编号:1009-6825(2016)17-0075-02

收稿日期:2016-04-09

作者简介:刘瑞强(1994-)，男，在读本科生反之亦然。故不均匀的沉降或局部倾斜，会影响结构的正常使用，甚至会危及人的生命安全。在湿陷性质土地区若对基础的处理不完善，则会出现基础的不均匀沉降，从而使建筑物及构造物产生较大的变形，引起砌体、地梁、圈梁的开裂，柱发生水平位移，结构的损伤、破坏等，严重可致倒塌。

Collapsible loose research and reinforcement

Liu Ruiqiang
(College of Civil Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)

Abstract:Combining with collapsible loose features，the paper studies loose collapse causes and mechanism，analyzes collapsible loose damage methods upon buildings by integrating Lanzhou engineering examples，explores corresponding preventive measures，and finally puts forward collapsible loose foundation processing and reinforcing measures．

Key words:collapsible loose，foundation reinforcement，building，bearing capacity