濕陷性黃土地基處理

劉仁旺

1 概述

在我國華北廣大黃土地區(qū),黃土一個顯著的特點是在天然狀態(tài)下,未受水浸濕的黃土具有較高的強度,較小的壓縮性,但當遇水浸濕后,由于黃土大孔隙結構的破壞,產生了濕陷變形。

黃土的濕陷性和它本身所具有的大孔隙結構及其所含的易溶鹽等化學物質成分有關。大孔隙結構的四周由于有可溶鹽濃縮所形成的膠結物質的存在,增強了土粒間抗滑移的能力,阻止了土體在上覆自重壓力下的壓密。另外,由于碳酸鈣等物質的膠結作用,使顆粒間的聯結強度增加,因而在天然含水量狀態(tài)下,未受水浸濕的黃土具有較高的強度,較小的壓縮性。但當黃土受水浸濕后,結合水膜增厚,結合水聯結消失,顆粒四周的膠結鹽類也溶于水中,因此顆粒間聯結強度降低,在上部建筑物荷重作用下,大孔隙結構破壞,顆粒滑向大孔隙,孔隙體積減小,土體被壓密,黃土則出現了濕陷變形。這種土質的基礎處理與其他土質相比,施工難度大,進度慢,情況復雜,耗用時間長,特別是大面積的土質夯填及水利壩體處理。

2 現有地基處理方法存在的問題

1)有的工程未能因地制宜的采用合理的處理方法。比如:飽和軟黏土地基不宜采用振密、擠密法加固。和其他的方案進行比較,采用的不是很好的方法,更不是最好的方法,造價高和工期長。地基處理應根據工程實際情況指定方案。2)施工設備的配置影響地基處理質量。3)地基處理的實際效果跟不上理論效果。現在對地基處理的方法很多,但是從處理的效果上看,有的就很差。

3 施工現場地基處理采取的方法

3.1 強夯法

強夯法又叫動力固結法。是利用起重設備將80 kg～400 kg的重錘起吊到10 m～40 m高處,然后使重錘自由落下,對黃土地基進行強力夯擊,以消除其濕陷性,降低壓縮變形,提高地基強度,但強夯法適用對地下水位以上飽和度Sr≤60%的濕陷性黃土地基進行局部或整片處理,可處理的深度為3 m～12 m。

施工要點:施工前應試夯,確定有關技術參數,如夯錘的重量、底面直徑及落距、最后下沉量及相應的夯擊遍數和總下沉量;夯實前槽、坑底面的標高應高出設計標高;夯實時地基土的含水量應控制在最優(yōu)含水量范圍內;大面積夯時應按順序;基底標高不同時應先深后淺;結束后,應及時將夯松的表土清除或將浮土在接近1 m的落距夯實至設計標高。

3.2 灰土墊層法

灰土墊層法是采用消石灰與土的2∶8或 3∶7的體積比配合而成,經過篩分拌和,再分層回填,分層夯實的一種方法,要保證夯實的質量必須要嚴格控制好灰土的拌制比例,土料的含水率,這對夯填質量起主要的影響因素。在實際施工過程中,不可能用儀器對每一層土樣進行含水率測定,通過“握手成團,落地開花”的直觀測定法來測定,把握好灰土的含水量,適應于處理厚度較為淺的地基處理。當處理厚度超過3 m時,挖填土方量大,施工期長,施工質量也不易保證,會影響工程質量和工程進度。

3.3 擠密法

擠密法是利用沉管、爆破、沖擊、夯擴等方法在濕陷性黃土地基中擠密填料孔再用素土、灰土,必要時采用高強度水泥土,分層回填夯實以加固濕陷性黃土地基,提高其強度,減少其濕陷性和壓縮性。擠密法適用于對地下水位以上,飽和度Sr≤65%的濕陷性黃土地基進行加固處理,可處理的濕陷性黃土厚度一般為5 m～15 m。擠密法在含水量較高(略低于最優(yōu)含水率),特別是在整個處理深度范圍內的含水量普遍偏低的土質中不宜采用。

3.4 樁基礎法

樁基礎既是一種基礎形式也可看作是一種地基處理措施,是在地基中有規(guī)則的布置灌注樁,以提高地基承載能力。灌注樁分為有擴底和無擴底兩種,樁孔直徑一般為60 cm～80 cm,樁底擴大頭直徑一般為90 cm～120 cm,最大直徑達180 cm,入土深度一般為10 cm～25 cm,最大入土深度達30 m以上。兩者可根據場地土質情況,采用人工挖孔或采用鉆機及其他設備進行成孔。為了提高樁基礎的承載力,充分發(fā)揮和利用樁底端下部土(巖)層的潛力,通常采用擴底灌注樁。樁根據受力不同可分為端承樁和摩擦樁,這種地基處理方法在工業(yè)與民用建筑中使用較多,但樁基礎仍然存在潛在的隱患,地基一旦浸水,便會引起濕陷給建筑物帶來危害。在自重濕陷性黃土中浸水后,樁周土發(fā)生自重濕陷時,將產生土相對樁的向下位移對樁產生一個向下的作用力即負摩擦力。而且通過實踐證明,預制樁的側表面雖比灌注樁平滑,但其單位面積上的負摩擦力卻比灌注樁大。

4 基礎進行地基加固處理外,還應有結構本身防變形的設計

4.1 對于濕陷性黃土的地基,應選用相應的基礎

1)條形基礎。5層以下磚混結構中,常用墻下條形基礎。2)筏片基礎。考慮場地的不均勻性,5層～6層建筑大多為此基礎形式。3)箱形基礎。箱形基礎突出的優(yōu)點是抗震穩(wěn)定性好,剛度也比較大,抵抗不均勻沉降的能力也比較強。由于高層建筑一般荷載較大,對地基的附加應力影響范圍廣,因此為了減少地面產生過大荷載,就要考慮在建筑物地面下設置地下室,以卸除土的自重壓力,予以平衡,使基礎更加穩(wěn)定。

4.2 增強結構整體剛度

建筑物常因功能的需要,使本身具有一定的剛度,一般工業(yè)及民用建筑剛度比較大的有兩種:一種為絕對剛性,如鋼筋混凝土筒倉等;另一種為相對剛性,如多層磚石房屋,多層鋼筋混凝土框架,像這樣的建筑雖然具有一定的剛度,但是它的強度較低,不能與它的剛度協調一致,其抗拉能力尤弱,因此碰到黃土濕陷地基時應適當增加其關鍵部位的抗拉強度,這樣有利于利用建筑物的剛度來調整建筑物部分不均勻沉降。

4.3 設置沉降縫

沉降縫的設置宜結合建筑物的平面形狀、地基土質、基礎類型及荷載條件等設置沉降縫,一般在下列部位設置:1)建筑平面的轉折部位;2)高度差異或荷載差異處;3)長高比過大的砌體承重結構或鋼筋混凝土框架結構的適當部位;4)建筑結構或基礎類型不同處;5)分期建造的房屋的交界處。沉降縫應有足夠的寬度,房屋層數為2層～3層時,沉降縫寬度為 50 mm～80 mm;房屋層數為 4層～5層時,沉降縫寬度為 80 mm～120 mm;房屋層數為5層以上時,沉降縫寬度不小于120 mm。通過以上部位設置沉降縫可大大減少由于地基土軟弱引起的不均勻沉降。

4.4 注意相連建筑物的相互影響確保相鄰建筑物之間的安全距離

建筑物荷載不僅使本建筑物下的土層產生壓縮變形,在它以外一定范圍內的土層,由于受到基礎壓力擴散的影響也將產生壓縮變形,這種變形隨著距離增加而逐漸減小,由于軟土地基的壓縮性很高,當兩建筑物之間距離較近時,這類附加不均勻壓縮變形甚大,常造成鄰近建筑物的傾斜或損壞,若被影響建筑物的剛度強度較差時,危害主要表現為產生裂縫;當剛度強度較好時則表現為建筑物的傾斜。

4.5 減輕建筑物的自重

減輕自重可減少建筑物的總沉降量,從而有利于對不均勻沉降的控制。也可在預先估計沉降量大的部分減輕自重,用以直接調整不均勻沉降。由于一般磚石結構民用建筑墻身重量所占比例很大,故若能用輕質材料和改變結構體系來減輕這部分的重量,對控制沉降會有明顯效果。本工程砌體材料均采用蒸壓混凝土空心砌塊,在起到保溫效果的同時又減輕了建筑物的自重。

5 結語

地基處理的好壞會影響到工程的質量,通過合理的建筑設計,有效的減輕和消除對地基結構的不利影響,確保工程質量。在華北地區(qū),濕陷性地基處理應根據實際情況處理,每種地基處理不是萬能的,所以在實際處理地基時,采用幾種方案組成的綜合處理方法,適用且經濟。

[1]劉桂靈.濕陷性黃土濕陷機理及處理措施[J].山西建筑,2009,35(6):148-149.

[2]GBJ 25-90,濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[3]葉書麟.地基處理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.