黃土地基的濕陷性對(duì)工程建設(shè)的影響及其處理方法

歐陽九發(fā) 羅曉鋒 賀銀峰 康林 邵華

摘 要： 針對(duì)黃土地基的濕陷性問題，可采用預(yù)浸水法、墊層法、強(qiáng)夯法、DDC樁擠密法、換填法來處理，得到更加密實(shí)、穩(wěn)固、利于工程建設(shè)的地基。以此來保障黃土場(chǎng)地上的工程建設(shè)正常進(jìn)行和順利施工，確保建造完工后的安全性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞： 濕陷性黃土;濕陷變形;地基處理

在我國，黃土分布面積廣泛，多集中于西部地區(qū)。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的推進(jìn)，西部工程建設(shè)正處于大力發(fā)展階段，如鐵路、地鐵、高速公路、引水工程、輸氣工程等工程的建設(shè)，在這些工程的建設(shè)過程中，黃土地基的濕陷性很可能會(huì)給施工方帶來許多麻煩。例如，在鐵路的建設(shè)過程中，會(huì)碰到黃土隧道的開鑿問題，若黃土地基處理不當(dāng)，會(huì)發(fā)生濕陷變形，引發(fā)路面不均勻沉降，導(dǎo)致運(yùn)輸線路無法正常運(yùn)行。由此可見，對(duì)黃土地基的處理是工程建設(shè)的前提，探索黃土地基的處理方法意義重大。

1 濕陷性黃土的工程特性

濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，具有土顆粒較均勻、孔隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)疏松、壓縮性較低、強(qiáng)度較高、透水性強(qiáng)、抗水性弱、塑性較弱等物理特征。土顆粒較均勻、孔隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)疏松三大特征直接決定了濕陷性黃土透水性強(qiáng)的性質(zhì)，也就說黃土地基的吸水能力較強(qiáng)，這會(huì)影響黃土地基的穩(wěn)定性;壓縮性較低、強(qiáng)度較高的特點(diǎn)導(dǎo)致普通機(jī)械壓實(shí)的地基處理方法無法達(dá)到理想壓實(shí)效果，增加了壓實(shí)成本;抗水性弱的特點(diǎn)，使得濕陷性黃土在吸水后，強(qiáng)度急劇下降，原始結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，發(fā)生濕陷變形。

2 黃土地基的濕陷性對(duì)工程建設(shè)的影響

黃土浸水會(huì)產(chǎn)生濕陷變形，由于變形量大、變形速度快、變形極不均勻等特點(diǎn)，會(huì)使基礎(chǔ)產(chǎn)生大面積不均勻沉降的現(xiàn)象，導(dǎo)致濕陷性土層上承載的煙囪、塔臺(tái)、信號(hào)塔、水塔等高聳建筑物嚴(yán)重傾斜，建筑物的墻面開裂，樁、柱、梁、桿等承重結(jié)構(gòu)破壞，嚴(yán)重者會(huì)直接導(dǎo)致建筑物發(fā)生突然性垮塌，造成無法修復(fù)的毀壞以及人員傷亡。以下列舉幾個(gè)有關(guān)黃土地基的濕陷性對(duì)工程建設(shè)的典型影響：

（1）對(duì)橋梁的影響。黃土場(chǎng)地中修建的橋梁，其基礎(chǔ)多采用樁基，樁周黃土浸水會(huì)產(chǎn)生濕陷變形，樁的頂部受荷載后，濕陷變形會(huì)加劇，當(dāng)濕陷變形沉降量大于樁基受上部荷載產(chǎn)生的沉降量時(shí)，樁周土層相對(duì)于樁側(cè)向下位移，土對(duì)樁產(chǎn)生向下的負(fù)摩阻力，負(fù)摩阻力的方向與樁基對(duì)上部建筑的支撐方向相反，不但不能提供承載力，反而還會(huì)削弱承載力。當(dāng)橋梁上的荷載較大時(shí)，樁基底部有可能發(fā)生相對(duì)滑移導(dǎo)致失穩(wěn)，進(jìn)而影響橋梁的安全性和實(shí)用性。

（2）對(duì)房屋的影響。在房屋建造前，先得打好地基，在黃土場(chǎng)地中，地基即是黃土及可能夾雜的巖塊。在上部荷載和地表水、地下水的共同作用下，地基會(huì)產(chǎn)生濕陷變形，隨時(shí)間增長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生大面積不均勻沉降，使得柱、梁等承重結(jié)構(gòu)因受力不均勻而發(fā)生不同程度的變形破壞，最終導(dǎo)致房屋墻面開裂、整體傾斜，甚至倒塌。

（3）對(duì)高鐵、地鐵建設(shè)工程的影響。對(duì)于高鐵而言，它的跨度長(zhǎng)、運(yùn)行速度快，如果鐵軌下的黃土地基濕陷性嚴(yán)重，會(huì)使得鐵軌兩側(cè)高度不一，影響高鐵的正常運(yùn)輸，還可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。對(duì)于地鐵而言，它往往被建設(shè)于地下，有一定的深度，可能會(huì)穿過濕陷性黃土層，如果建設(shè)時(shí)，施工方?jīng)]能對(duì)濕陷性黃土做有效處理，可能會(huì)出現(xiàn)隧道塌方，地基也可能會(huì)因?yàn)辄S土的濕陷變形而形成形態(tài)、大小不一的凹陷，威脅著地鐵的正常運(yùn)行。

3 地基的處理方法

（1）預(yù)浸水法。該法適用于處理自重濕陷性嚴(yán)重的黃土地基，結(jié)合墊層法，可有效消除地面下6m以下黃土層的濕陷性。在黃土地基用于工程建設(shè)前，對(duì)地基做浸水處理，使地基土中濕度增高，一段時(shí)間后，一定深度內(nèi)的濕陷性黃土層會(huì)完全暴露，這時(shí)利用土墊層的地基處理方法，把該深度內(nèi)的濕陷性黃土層清理干凈，再用素土或灰土分層壓實(shí)填入，以此來消除上部土層的自重濕陷，減少浸水地基上受到的壓力，提高地基的抗壓強(qiáng)度，使之達(dá)到工程建設(shè)的要求。該法處理范圍廣、深度大，可消除自重濕陷危害，處理效果好。

（2）強(qiáng)夯法。該法適用于飽和度≦60%的黃土地基，可處理基礎(chǔ)下3～9m的濕陷性土層。主要是利用強(qiáng)夯機(jī)的重錘從高處自由下落產(chǎn)生的巨大重力勢(shì)能對(duì)黃土地基進(jìn)行動(dòng)力夯擊，使地基達(dá)到密實(shí)效果。該法操作簡(jiǎn)單、方便、經(jīng)濟(jì)成本較低且對(duì)地基的壓實(shí)效果明顯。如文獻(xiàn)《強(qiáng)夯法在高速公路路基中的應(yīng)用》所述，針對(duì)某高速公路，基于地基主要是濕陷性黃土，固結(jié)性較差、承載能力低的特點(diǎn)，作者選取試驗(yàn)段，采用了強(qiáng)夯法處理地基，最終經(jīng)檢驗(yàn)評(píng)估證明，壓實(shí)效果良好，路用性能優(yōu)良。

（3）DDC樁擠密法。該法適用于擠密5～40米深的黃土地基，可處理各類不良地基，是近年來興起的一項(xiàng)新技術(shù)。先通過鉆機(jī)成孔，將填料注入孔內(nèi)，然后結(jié)合強(qiáng)夯法，夯實(shí)土層，使得填料與周圍土層擠密壓縮而形成柱體，從而提高地基的承載力，消除地基的濕陷性。該法十分經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用范圍廣、效果顯著。如文獻(xiàn)《采用DDC樁處理濕陷性黃土地基》所述，作者單位利用建筑垃圾作為填料制成DDC樁來處理西安某住宅小區(qū)的黃土地基，實(shí)踐證明，利用DDC樁來擠密地基，明顯提高了地基的承載力、消除了地基的濕陷性。

（4）換填法。該法適用于濕陷性黃土厚度小、地形復(fù)雜、施工較困難、回填材料易取得的情況，用挖土機(jī)直接將原來的濕陷性黃土挖去，用強(qiáng)度較大、性能相對(duì)穩(wěn)定、壓縮性低的礫石、碎石、礦渣、灰土、素土、煤渣等易得材料分層壓實(shí)充填，提高地基的密實(shí)度。如文獻(xiàn)《灰土換填法在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用》所述，在太行山中段，修建山上水池的工程中，由于地基表層黃土大部分具有濕陷性，作者利用灰土作為回填材料對(duì)原地基進(jìn)行換填，實(shí)踐證明，采用灰土換填法，經(jīng)濟(jì)可行。

4 結(jié)論

黃土地基的濕陷性會(huì)對(duì)高速公路、鐵路、地鐵等重要建設(shè)工程造成巨大影響，嚴(yán)重地威脅著這些工程的正常運(yùn)行，也會(huì)影響引水工程、輸氣工程這類大型工程建設(shè)，還會(huì)危害房屋、高層建筑的穩(wěn)定性;采用預(yù)浸水法、墊層法、強(qiáng)夯法、DDC樁擠密法、換填法等措施來處理黃土地基，可有效消除黃土的濕陷性，得到密實(shí)度高的、符合工程建設(shè)要求的“新地基”。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃雪峰，陳正漢，哈雙，等.大厚度自重濕陷性黃土場(chǎng)地濕陷變形特征的大型現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)研究.巖土工程學(xué)報(bào)，2006，28（3）：382-389.

[2]侯偉樂.強(qiáng)夯法在高速公路路基中的應(yīng)用.華東公路，2019，06：93-95.

[3]翁麗蓉.灰土換填法在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用.鐵道建筑，2004，07：55-56.

基金項(xiàng)目：? 內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：2018LH04001）

作者簡(jiǎn)介： 歐陽九發(fā)（1998—），男，湖南永州人，本科在讀。

通訊作者： 羅曉鋒（1978—），男，教師。