西北地區(qū)的大厚度濕陷性黃土地基處理探究

魏致琴 路賡明

(1.甘肅土木工程科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730020；2.中國鐵塔股份有限公司蘭州市分公司，甘肅 蘭州 730050)

我國是世界上濕陷性黃土分布最為廣泛地區(qū)，濕陷性黃土主要分布在甘肅、寧夏、陜西西北部、陜西和河南西部等地區(qū)。濕陷性黃土的厚度一般在10m～400m之間。在西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入推進，黃土地區(qū)項目數(shù)量和規(guī)模不斷增加。如何處理大厚度濕陷性黃土地基成為西北黃土地區(qū)工程設(shè)計所需要思考和解決的問題。

1 濕陷性黃土的特征分析

在西北地區(qū)施工的過程中，由于氣候干燥、黃土水分蒸發(fā)速度比較快，水體中的鹽分會快速的被析出，而后會吸附在土壤顆粒表面上，形成一種膠結(jié)物質(zhì)。在物質(zhì)的形態(tài)轉(zhuǎn)變之后土壤顆粒的移動性會降低，由此會阻礙土壤顆粒骨架在其上部分覆土自身重量壓力下產(chǎn)生的壓密，由此形成可以被肉眼看見的大孔型結(jié)構(gòu)[1]。

在有水資源滲入到黃土中時，受水分的影響會快速滲透到土壤顆粒之間，由此會對土層的膠結(jié)構(gòu)鹽分造成破壞，土體自身的強度也會大幅度的降低。加上外界壓力干擾土壤的結(jié)構(gòu)會遭受破壞，土壤顆粒滑動到大孔的位置上擠壓出土壤的骨架，引發(fā)大幅度、大范圍的濕陷。

2 西北地區(qū)大厚度濕陷性黃土地基處理情況分析

第一，不斷研究和開發(fā)新技術(shù)、新工藝。大厚度濕陷性黃土地基處理開發(fā)難度較大、成本高，這些特點成為制約整個西北地區(qū)發(fā)展的重要因素。但是我國關(guān)于厚度濕陷性黃土規(guī)范、技術(shù)標準方面的研究處于一種滯后的狀態(tài)，有一些技術(shù)性問題亟待解決，導(dǎo)致大厚度濕陷黃土地基處理所參照的規(guī)范難以達到預(yù)期的效果。新技術(shù)、新工藝的開發(fā)會為濕陷性黃土問題的處理提供支持。各個地區(qū)高校土木工程科學(xué)研究院校和科學(xué)研究所要強化對大厚度濕陷性黃土地基處理應(yīng)用性的深入研究，并將研究出來的新工藝、新技術(shù)、新方法等引入到建設(shè)項目的勘查設(shè)計和施工管理中，從而更好的指導(dǎo)工程設(shè)計和施工管理工作的開展。在勘查設(shè)計和研發(fā)施工過程中如果遇到了大厚度濕陷性黃土地基處理問題，也需要將實踐操作中遇到的問題反饋給高校以及科學(xué)研究機構(gòu)，由這科學(xué)研究院校來對復(fù)雜的課題開展立項研究，最終實現(xiàn)研究機構(gòu)和工程單位建設(shè)發(fā)展的雙贏[2]。第二，強化西北地區(qū)勘查、設(shè)計和施工管理工作。陜西、山西和甘肅是我國大厚度濕陷性黃土的主要分布地帶，因此，想要強化對大厚度濕陷性黃土問題的處理，需要加大對甘肅、陜西、山西等大厚度濕陷黃土分布地帶情況的研究，從而因地制宜的解決濕陷性黃土地基處理問題。在西部大開發(fā)和社會經(jīng)濟的深入發(fā)展下，陜西、山西和甘肅地區(qū)逐漸形成了經(jīng)濟區(qū)域，一大批大厚度濕陷性黃土項目建設(shè)完成，由此為工程勘察、工程設(shè)計和工程施工管理單位的發(fā)展提供了足夠的利潤空間，在大厚度濕陷性黃土研究工作中，越來越多的資料開始能夠被保存下來。第三，大厚度濕陷黃土地基處理要嚴格遵循國家標準規(guī)范。在處理黃土地基的時候要做好一系列的防水處理和地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定工作。如果建筑開發(fā)商需要將基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)置在非濕陷性黃土層上的時候可以采取以下兩種方法，一種是消除地基的所有濕陷量；另外一種是將樁基穿透到所有的濕陷性黃土層中。同時，大厚度濕陷性黃土地基處理工作的順利開展還需要因地制宜的考慮當?shù)貙嶋H情況，實現(xiàn)對地基的靈活處理。第四，根據(jù)建筑物的規(guī)模來選擇不同的地基處理方式。①輕型建筑物的地基處理辦法。輕型建筑物的高度、荷載重量不大，地基處理厚度基本超過3m，建筑物的地基處理厚度需要超過4m，與此同時，下部分沒有得到處理的濕陷性黃土層剩余的濕陷量低于0.2m。在處理輕型建筑地基的時候，需要根據(jù)壓縮層的厚度和浸水的可能性來確定地基厚度。對于地基沉降敏感性較強的建筑物需要采取結(jié)構(gòu)措施，如對于浸水可能性較小的電視塔、微波塔等建筑地基處理和遭受浸水危害的工民建筑物地基處理需要區(qū)別對待。②多層、小高層建筑的地基處理。這類建筑是在12層左右的建筑，建筑物荷載重量較大，地基處理深度需要盡可能的加深處理。在選擇地基處理方式的時候要綜合考慮上部分的荷載、基礎(chǔ)、浸水程度和結(jié)構(gòu)形式[3]。

3 工程概述

慶陽地區(qū)某小區(qū)4#，7#樓為地上29層高層住宅樓，建筑的框架為剪力墻結(jié)構(gòu)；15#樓為地上4層商鋪，框架結(jié)構(gòu)；車庫為地下1層，框架結(jié)構(gòu)。該場地為自重濕陷性黃土場地，濕陷性等級為Ⅱ級(中等濕陷)，濕陷性土層下限最大深度為19m。

慶陽地區(qū)某小區(qū)4#，7#樓，15#商鋪及車庫采用素土擠密樁(DDC法)處理地基，以消除地基土濕陷性，具體如表1所示。設(shè)計要求素土擠密樁樁身壓實系數(shù)不小于0.97，樁間土平均擠密系數(shù)不小于0.93。素土擠密樁施工完成后，基礎(chǔ)底面以下500mm挖除，做500mm厚3∶7灰土墊層，灰土壓實系數(shù)不小于0.97。 4#，7#樓采用樁筏基礎(chǔ)，15#商鋪采用條形基礎(chǔ)，車庫采用獨立基礎(chǔ)。

表1 慶陽地區(qū)某小區(qū)地基基本情況分析

4 慶陽地區(qū)某小區(qū)高層房屋建筑的地基處理方案分析

文章所研究的案例是高層民用建筑，建筑物的荷載比較大，在施工的工程中如果采用了單一的地基處理方式，將無法滿足整個建筑物的強度和變形需要。為此，在施工的過程中可以使用兩種地基處理方式，包含對大厚度濕陷性黃土可以先使用灰土樁來消除自重濕陷性場地側(cè)面壁的負摩擦阻力，強化側(cè)面的摩擦阻力，在此基礎(chǔ)上通過使用其他復(fù)合地基、樁基礎(chǔ)強化地基土的強度，削弱場地的濕陷性。

4.1 灰土擠密樁和粉噴樁復(fù)合地基處理方式和處理效果

4.1.1 處理方式

第一，在全面了解施工現(xiàn)場巖土情況、建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載要求后發(fā)現(xiàn)，如果使用樁基，樁端穿透濕陷性土層的深度比較長，樁的長度較長會加大施工消耗。對此，使用灰土樁和粉噴樁復(fù)合地基處理方式，不僅能夠降低地基土的濕陷性，提升建筑的承載力，而且還會減少成本[4]。第二，復(fù)合處理措施。這施工中，樁長為7m，樁徑為0.4m，灰土比例為1∶7，灰土樁各個樁的間隔距離為1m?；彝翗兜牟贾脮尸F(xiàn)出等邊三角形的狀態(tài)。在距離三根灰土樁的中心位置上布置粉噴樁，樁的長度為7m，樁徑為0.5m，樁的間隔距離為1m。

4.1.2 處理效果分析

在采取灰土擠密樁和粉噴樁復(fù)合地基處理方式之后，地基土的干重度會增強，孔隙降低，土層的濕陷性也會大幅度的降低，整個建筑工程地基土工程屬性得到了明顯的改善。在深入分析荷載試驗結(jié)果、低應(yīng)變樁身完整檢測結(jié)果之后發(fā)現(xiàn)，建筑地基土的承載力會從之前的95kPa提升到260kPa，樁基礎(chǔ)的承載力達到了規(guī)范的施工標準要求。

4.2 素土樁、灌注樁復(fù)合地基處理方式和處理效果

4.2.1 處理方式

在全面調(diào)查研究之后發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場自重濕陷性黃土比較厚，在經(jīng)過單樁向承載力計算分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樁徑長度為0.6m單樁，其長度不能夠低于50m；樁徑為0.7m的單樁長度則是需要超過45m。在施工處理中在不考慮側(cè)壁負摩擦阻力的情況下，樁長可以設(shè)定為35m，并在施工過程中選擇素土樁、灌注樁結(jié)合的復(fù)合地基處理方式。樁基的布置方式是三角形，灌注樁的樁徑為0.65m，長度為34m，布置方式為正方形[5]。

4.2.2 處理應(yīng)用效果

在使用素土樁、灌注樁復(fù)合地基處理方式之后，對素土擠密樁的三角形中間位置土樣開展取樣試驗分析，發(fā)現(xiàn)黃土的自重濕陷性被完全消除，地基土的濕陷性降低到了比較低的水平。與此同時，根據(jù)樁基檢測結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，整個施工場地的鋼筋混凝土灌注樁豎向承載標準數(shù)值為6500kN，完全滿足整個工程的施工要求[6]。

根據(jù)以上分析發(fā)現(xiàn)，在大厚度濕陷性黃土區(qū)域開展建筑施工操作的時候，施工技術(shù)人員需要根據(jù)房屋建筑物的基本類型、施工場地的土壤特征來選擇適合的地基處理方式，通過選擇適合的地基處理方式有效提升地基土的強度，為整個工程的順利施工奠定堅實的基礎(chǔ)支持。

4.2.3 高層建筑地基處理

高層建筑就是高度超過12層的建筑。這類建筑對地基的壓力大，但是在具體施工的過程中，如果應(yīng)用單一化的施工手段對于安全性等相關(guān)要求難以更好地滿足。在地基施工時，如果運用樁基法這種施工方式，由于大厚度濕陷性土壤自身結(jié)構(gòu)的特點，在施工期間對側(cè)壁產(chǎn)生阻力。所以其建筑施工方式不符合經(jīng)濟原則，近年來，已被經(jīng)濟合理施工方式所替代，其中這種施工方式主要是在地基施工的前期，先實施擠密，其中這主要針對的是大厚度濕陷性地基，減少土壤對側(cè)壁的摩擦阻力，在此基礎(chǔ)之上實施地基施工。

5 大厚度濕陷性黃土地基處理創(chuàng)新

在現(xiàn)有的大厚度濕陷性黃土地基處理方法基礎(chǔ)之上還應(yīng)積極的創(chuàng)新，但是在實際創(chuàng)新的過程中必須要符合國家建筑標準，由此保障工程項目的質(zhì)量，而且更好滿足了日益增長工作的需求量。對于有的建筑在建筑穩(wěn)定性等方面具有較高的要求，所以在進行建設(shè)的過程中應(yīng)有效的避免濕陷情況產(chǎn)生，或者是在加強對建筑場所選擇的過程中將濕陷的黃土地區(qū)規(guī)避掉。在進行地基施工的過程中，應(yīng)結(jié)合施工的相關(guān)要求，并根據(jù)施工的實際情況選取最適合的施工方法，進而使其達到預(yù)期的施工效果，還能減少項目資金的投入。

一般情況下在進行大厚度濕陷性黃土地基建筑的過程中，主要以復(fù)工加工方式為主，但是如果黃土厚度大不建議使用。這時在進行地基加工過程中應(yīng)考慮運用其他的方法，如擠密法和預(yù)壓法、振沖法等。如果上述的方式不適用，還應(yīng)注重工程項目可行性這點并重新的進行考慮，切忌不可在無法保障地基安全性情況下加強施工的建設(shè)。在具體施工的過程中，必須要根據(jù)建筑性質(zhì)來合理的選擇合適的施工方案。并對建筑的各個方面加以分析，如建筑滲水性、結(jié)構(gòu)、用途等方面，加強對合理施工方案的制定。在實際施工的過程中應(yīng)考慮到各種突發(fā)情況，并有效的應(yīng)對，結(jié)合施工的實際情況選擇最有效的處理方式。具體的地基處理要有建筑等級，還應(yīng)有針對性加強施工設(shè)計標準，在考慮濕陷性黃土影響下，采取有效的地基處理方式。尤其是填方區(qū)尤其要注意，在回填前應(yīng)做好前期準備的工作，對回填地基有效處理，防止由于地基不均勻沉降從而產(chǎn)生安全隱患。除此之外，建筑物還應(yīng)加強滑坡處理并全面落實。

6 結(jié) 語

綜上所述，大厚度濕陷黃土在我國各個地區(qū)分布范圍十分廣泛，且不同地區(qū)所表現(xiàn)出來的特點不同。為了能夠更好的處理各個地區(qū)的濕陷性黃土，需要相關(guān)人員根據(jù)當?shù)亟ㄖ龅貪裣菪缘幕咎攸c、濕陷等級、土體厚度、技術(shù)情況來選擇適合的大厚度濕陷性黃土地基處理方法，旨在能夠通過恰當?shù)奶幚韥肀Ｕ系鼗姆€(wěn)定、安全，從而更好的促進土地資源的開發(fā)利用。