淺析濕陷性黃土建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與處理

龔桂林，趙 研

(信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院，四川成都610021)

濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，在一定的壓力下，下沉穩(wěn)定后，受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉。故在濕陷性黃土場地上進(jìn)行建設(shè)，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對建筑產(chǎn)生危害。

1 濕陷性黃土場地地基評(píng)價(jià)

濕陷性黃土場地地基評(píng)價(jià)主要有三個(gè)指標(biāo)。

1.1 黃土的濕陷系數(shù)δs

黃土濕陷性的判定，δs是一個(gè)重要指標(biāo)，根據(jù)室內(nèi)浸水壓縮試驗(yàn)測定結(jié)果，我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025-2004)規(guī)定為：

當(dāng)濕陷性系數(shù)δs<0.015時(shí)，定為非濕陷性黃土；

當(dāng)濕陷性系數(shù)δs≥0.015時(shí)，定為濕陷性黃土。

這里可以得出，黃土濕陷是在水和壓力的共同作用下產(chǎn)生的，二者缺一不可。即僅有水而無一定壓力，黃土濕陷是不會(huì)產(chǎn)生的；反之，僅有一定壓力而無水浸濕黃土，其濕陷亦無法產(chǎn)生。

1.2 濕陷性黃土場地自重濕陷量的計(jì)算值 Δzs

自重濕陷量的計(jì)算值Δzs是先根據(jù)場地的取土勘探點(diǎn)所取原狀土樣，在室內(nèi)進(jìn)行浸水壓縮試驗(yàn)，測出各土層在其上覆土的飽和自重壓力下的自重濕陷系數(shù)δzs值。然后根據(jù)下式求出自重濕陷量的計(jì)算值Δzs：

其中:β0是因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)，是自重濕陷量的計(jì)算值與實(shí)測值的差異系數(shù)。

濕陷性黃土場地存在非自重濕陷性和自重濕陷性兩種類型，前者主要由非自重濕陷性黃土層組成，濕陷起始?jí)毫χ狄话愦笥谄渖细餐恋娘柡妥灾貕毫χ担瑘龅爻浞纸畷r(shí)，不產(chǎn)生自重濕陷或自重濕陷量的計(jì)算值(或?qū)崪y值)小于70 mm；后者主要由自重濕陷性黃土層組成，濕陷起始?jí)毫χ狄话阈∮谄渖细餐恋娘柡妥灾貕毫χ担瑘龅爻浞纸畷r(shí)，自重濕陷量的計(jì)算值(或?qū)崪y值)大于70 mm。

1.3 濕陷性黃土地基受水浸泡濕陷量的計(jì)算值 Δs

濕陷性黃土地基是由基底下不同厚度的濕陷性黃土層所組成，濕陷等級(jí)用以表示地基的濕陷程度。而判定濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)，就需要用到濕陷性黃土地基受水浸泡濕陷量的計(jì)算值 Δs：

其中:β是考慮地基土的側(cè)向基礎(chǔ)和浸水幾率等因素的修正系數(shù)。

我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025-2004)規(guī)定，根據(jù)濕陷量的計(jì)算值和自重濕陷量的計(jì)算值將場地濕陷類型不同的地基劃分為Ⅰ(輕微)、Ⅱ(中等)、Ⅲ(嚴(yán)重)、Ⅳ(很嚴(yán)重)四級(jí)。劃分地基濕陷等級(jí)是為設(shè)計(jì)采取措施之用，防止采取一刀切的措施。

2 濕陷性黃土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1 濕陷性黃土地基處理需要考慮的幾個(gè)因素

濕陷性黃土地基處理的主要目的：一是全部或部分消除場地地基的濕陷量，二是提高地基承載力。要達(dá)到這兩個(gè)目的，地基處理設(shè)計(jì)需考慮幾方面的因素：一是確認(rèn)地基處理黃土層的厚度，二是確認(rèn)地基處理的平面范圍，三是確認(rèn)承載力需要提高到什么樣的水平。濕陷性黃土地基處理及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮上述因素，選取合理的地基處理方法。

地基處理黃土層的厚度，根據(jù)建筑物的類別，分為全部消除濕陷量和部分消除濕陷量兩種情況。當(dāng)需要消除建筑物地基全部濕陷量時(shí)(甲類建筑)，非自重濕陷性黃土場地，應(yīng)將基礎(chǔ)底面以下附加壓力與上覆土的飽和自重壓力之和大于濕陷起始?jí)毫Φ乃型翆舆M(jìn)行處理，或處理至地基壓縮層的深度止；在自重濕陷性黃土場地，應(yīng)處理基礎(chǔ)底面以下的全部濕陷性黃土層。當(dāng)需要消除建筑物地基部分濕陷量時(shí)(乙類、丙類建筑)，根據(jù)濕陷性黃土地基充分受水浸濕后的濕陷變形范圍，消除地基部分濕陷量，應(yīng)主要處理基礎(chǔ)底面以下濕陷性大(δs≥0.07、δzs≥0.05)及濕陷性較大(δs≥0.04、δzs≥0.03)的土層，因?yàn)橘N近基底下的上述土層，附加應(yīng)力大，并容易受管道和地溝等漏水引起濕陷。工程實(shí)踐表明，當(dāng)?shù)鼗幚砗蟮氖Ｓ酀裣萘看笥?20 mm時(shí)，建筑物在使用期間，地基受水浸濕均產(chǎn)生嚴(yán)重或較嚴(yán)重的濕陷事故；當(dāng)?shù)鼗幚砗蟮氖Ｓ酀裣萘拷橛?20～130 mm時(shí)，建筑物在使用期間，地基受水浸濕均產(chǎn)生輕微濕陷事故。

地基處理的平面范圍，可分為局部處理和整片處理。局部處理是在獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底面下進(jìn)行處理，使基底壓力得以擴(kuò)散，以減小下臥層頂面的附加應(yīng)力；整片處理是在整個(gè)建筑物的平面范圍內(nèi)進(jìn)行處理，以增強(qiáng)防水效果。

濕陷性黃土本身的承載力特征值fak一般在140～180 kPa，屬中軟土，多高層建筑建設(shè)中此類地基土基本上都需要進(jìn)行地基處理，以提高其承載力。而建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要將濕陷性黃土地基的承載力提高到什么樣的水平，對地基處理方法的選取也是至關(guān)重要的。比如要求地基承載力達(dá)到200～250 kPa，那么墊層法、強(qiáng)夯法、擠密法等均可達(dá)到目的。而高層建筑或重型多層廠房對地基承載力要求卻要高得多，這時(shí)采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯(DDC法)可使承載力達(dá)到400～600 kPa。另外，亦可采用擠密法消除濕陷后，采用混凝土灌注樁樁基提升承載力的設(shè)計(jì)方法。

另外，濕陷性黃土場地地基土的含水量、飽和度也是影響地基處理的重要因素。

2.2 濕陷性黃土地基處理方法

濕陷性黃土地基常用的處理方法：墊層法、強(qiáng)夯法、擠密法、DDC法、預(yù)浸水法、化學(xué)加固法。為消除地基土的濕陷性，一般在其豎向或橫向采用夯實(shí)擠密的方法，使處理范圍內(nèi)土的孔隙體積減小，干密度增大，壓縮性降低，承載力提高，濕陷性消除。

墊層法包括土墊層和灰土墊層。當(dāng)僅要求消除基底下1～3 m濕陷性黃土的濕陷量時(shí)，宜采用局部(或整片)土墊層進(jìn)行處理；當(dāng)同時(shí)要求提高墊層土的承載力及增強(qiáng)水穩(wěn)性時(shí)，宜采用整片灰土墊層進(jìn)行處理。墊層法地基處理，壓實(shí)系數(shù)λc是控制施工質(zhì)量以及設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵，小于或等于3 m的土(或灰土)墊層，λc不應(yīng)小于0.95；大于3 m的土(或灰土)墊層，超過3 m的部分λc不應(yīng)小于0.97。墊層法處理后，墊層的承載力特征值對土墊層不宜超過180 kPa，對灰土墊層不宜超過250 kPa。

強(qiáng)夯法是利用100 kN以上的重錘自由落下時(shí)，在夯擊能和沖擊波的作用下，將地表下一定深度內(nèi)的濕陷性黃土夯至密實(shí)狀態(tài)。采用強(qiáng)夯法處理的濕陷性黃土地基，土的含水量至關(guān)重要。天然含水量低于10%的土，呈堅(jiān)硬狀態(tài)，夯擊能量消耗在表層土上，深部土層不易夯實(shí)；而天然含水量大于塑限含水量3%以上的土，夯擊時(shí)呈軟塑狀態(tài)，容易出現(xiàn)“橡皮土”。為方便施工，當(dāng)現(xiàn)場土體天然含水量較低時(shí)，可對擬夯實(shí)土層加水增濕;當(dāng)天然含水量太大時(shí)，宜采用晾干或其他措施適當(dāng)降低其含水量。在工地可采用塑限含水量wp-(1%～3%)或0.6wL(液限含水量)作為最優(yōu)含水量。根據(jù)不同的地基處理要求，采用相應(yīng)的單擊夯擊能，強(qiáng)夯法消除濕陷性黃土層的有效深度可達(dá)3～12 m，地基承載力可達(dá)200～250 kPa。

擠密法是通過成孔設(shè)備或爆炸能量所產(chǎn)生的橫向擠壓作用形成樁孔，孔內(nèi)土被擠向周圍，使樁間土得以擠密，然后將填料填入孔內(nèi)，并分層夯實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。擠密法是操作性非常靈活的一種地基處理方法，可根據(jù)地基設(shè)計(jì)承載力要求采用不同的填料及夯實(shí)方法，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。一般情況下，孔內(nèi)填料宜采用素土或灰土，用夾桿錘分層回填夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)達(dá)到不小于0.97時(shí)，處理后地基承載力特征值可達(dá)200～250 kPa。當(dāng)?shù)鼗恋暮看笥?4%、飽和度大于65%時(shí)，由于采用沉管成孔容易造成“縮孔”，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》建議不宜采用灰土或素土擠密樁法。此時(shí)采用洛陽鏟取土成孔，重錘夯實(shí)的方法，采用灰土或素土擠密樁法亦可達(dá)到目的。當(dāng)需要較大幅度提高地基承載力時(shí)，孔內(nèi)填料可采用強(qiáng)度較高的水泥土或素混凝土，按復(fù)合地基處理的方式設(shè)計(jì)，處理后地基承載力可提高至400～450 kPa。土擠密法的處理深度5～15 m為宜。

DDC法即孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法，是通過機(jī)具成孔，然后通過孔道在地基處理的深層部位進(jìn)行填料，用具有高動(dòng)能的特制重力錘進(jìn)行沖、砸、擠壓的高壓強(qiáng)、強(qiáng)擠密的夯擊作業(yè)，從而達(dá)到加固地基的目的。DDC法的原理與擠密法基本相同，其填料取材更為廣泛，素土、渣土、灰土、碎石土、生石灰、水泥土、三合土、粉煤灰等均可作為填料。但DDC法地基處理設(shè)計(jì)應(yīng)按復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對單樁承載力有要求。DDC法地基處理的深度可達(dá)30 m，處理后的地基承載力特征值可達(dá)600 kPa。

預(yù)浸水法是通過在場地內(nèi)預(yù)先浸水，使?jié)裣菪渣S土先于工程建設(shè)完成濕陷。由于限制條件較多，如浸水范圍受限、施工周期長、二次勘察等，使該法應(yīng)用較少。

化學(xué)加固法一般用于既有建筑物的地基加固和糾傾，由于其對土體的破壞性，新建工程幾乎不采用化學(xué)加固法。

[1] GB 50025-2004 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S]

[2] JGJ 79-2002/J 220-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]

[3] 羅宇生.濕陷性黃土地基處理[M].中國建筑工業(yè)出版社，2008