關于濕陷性黃土地基處理方法的探討

王志偉

(呂梁市建筑勘察設計院，山西 呂梁 033000)

引言

我國濕陷性黃土土質分布區域很廣，以寧夏、山西、陜西、甘肅大部分地區與河南省西部為主要分布地帶。在上述內容外，我國新疆、遼寧、青海、山東、河北和內蒙古自治區的部分地區同樣存在黃土地質結構，但不連續。是工程建設期間比較常見的一種特殊性巖土。按照建筑工程實踐對施工中常用地基處理方法要求，在應用過程中對現存問題展開簡單論述，對同類型建筑工程地基處理具有關鍵性的指導作用。

1 黃土區域分布概況

黃土為第四世紀期間形成的一種陸相淡黃色粉砂質土狀堆積物。在世界上分布相當廣泛，它廣泛分布于北半球中緯度干旱和半干旱地區，占全球陸地面積的1/10，我國黃土地域范圍較廣，同時厚度較大，居于世界之最，黃土總面積一度達到了63.5萬km2，是全國土地總面積的6%。單獨從地理位置進行分析，部分黃土層實際厚度已經達到了50m～200m之間，其中以陜北地區和隴東位置的局部地區為最，其中陜北以及隴東的局部地區黃土厚度高達150m，同時隴西的部分地區則超過了200m。從具體角度進行分析，這些黃土地質大體分布在陜西、山西、寧夏、甘肅以及河南省西部。此外，我國遼寧、青海、新疆、山東、河北以及內蒙古地區的部分區域同樣存在這種地質。其中華北地區的黃土高原是世界上規模最大的黃土高原。

2 黃土特性

黃土為最新地質時期(即距今200萬年左右的地球第四紀時期)形成的一種土狀堆積物，以黃色為主，也有褐黃色、灰黃色，其性質大多較為疏松、特殊。比較典型的黃土呈現黃灰色或者棕黃色，主要由塵土以及粉沙細粒共同組成，并且質地比較均勻，用手搓之即可成為粉末，其含多量鈣質以及黃土結核，體系中多孔隙，存在顯著的垂直節理，并且無層理可循，處于干燥狀態時較堅硬，如果被流水浸濕，則會出現剝落或者遭受侵蝕作用，嚴重的還會引發生崩塌現象。因此，在黃土地區開展各種工程建設時需要保持高度注意，如果對建設區域內的黃土特性不夠了解，不僅會導致工程建設出現問題，還造成非常嚴重的經濟損失和生態破壞。所以，黃土特性早已引起相關科學工作者以及專業工程技術人員的高度注意，在經過很長一段時間的研究后，將黃土主要特性歸納整理為含水量較少、結構疏松孔隙大、層理不明顯、抗水性弱、透水性較強五個方面。

3 工程實例

我國工程界發展速度不斷加快，自解放后，對濕陷性黃土有了進一步的正確認知，分別在1966年、1978年、1990年、2004年、2018年間制定出《濕陷性黃土地區建筑標準》，簡稱：“66黃土規范”“78黃土規范” “04黃土規范”以及目前正在使用的“18黃土標準”，對部分濕陷性黃土地區進行工程設計方案制定及地基處理具有規范和指導效果。

3.1 灰土擠密樁加鉆孔灌注樁處理濕陷性黃土地基的應用

山西省呂梁市柳林縣某煤礦預計在山頂上修建一棟50m高的井塔，該井塔長為36，寬度為16m，場地地基土設有深度為22m的自重濕陷性黃土結構，該結構的濕陷等級標準為Ⅲ級，做出的濕陷評價結果為嚴重，塔體總重量為20 000t，該建筑物場地地基在50m深為粉土層，主體結構采用混凝土框架剪力墻結構，該工程是井下設施及設備的主要運送通道，因此對井塔地基處理極為重要。為了處理地基土的濕陷性，同時提高地基的承載力，建設單位基建處邀請了省、市等勘察設計單位的專家完成探討工作，針對該工程的建設地基處理方案設計可行性進行深入的研究，經過系統分析后發現，在保證安全和降低造價并在提高單樁承載力和消除地基濕陷性基礎上，最后一致認為先采用灰土擠密樁對地基的濕陷性進行處理，濕陷性處理后采用混凝土鉆孔灌注樁提高單樁承載力，目前該工程已竣工并投入使用已近10年，一直運行正常。

3.2 灰土擠密樁和素土擠密樁法處理濕陷性黃土地基的應用

灰土擠密樁和素土擠密樁法適用于處理地下水位以上的粉土、黏性土、素填土、濕陷性黃土等地基，可進行妥善處理的地基實際深度在3m～15m之間。當地基土的含水量大于24%、飽和度大于65%時，不宜選用灰土擠密樁法或素土擠密樁法。

呂梁市離石區某工程在勘察時主要地層為第一層：濕陷性黃土層，該層厚為10.5m～11.8m；第二層為粉土層，該層厚為3.6m～4.9m；層底埋深為15.3m～16.2m；第三層為卵石層，最大勘察深度入該層2.1m未穿透該層，勘察期間未見地下水。該工程地基為自重濕陷性黃土，濕陷等級為Ⅲ級，濕陷評價為嚴重，濕陷深度為10.5m～11.8m，該工程為地下1層地上6層住宅樓，擬建建筑基底壓力為140kPa，為提高地基土承載力，部分消除地基土的濕陷性，經勘察、設計、建設單位協商一致同意采用灰土擠密樁法進行地基處理，樁孔宜按等邊三角形布置，樁孔之間的中心距離為樁孔直徑的2～2.5倍，樁孔填料可采用2∶8灰土，樁間土經成孔擠密后的平均擠密系數不應小于0.9，第二層卵石層可作為樁端持力層。在樁基檢測合格后宜在樁頂標高以上應設置300mm～500mm厚的2∶8灰土墊層，壓實系數不小于0.95。工程自完工投入使用至今已有八年，經沉降觀測和使用情況綜合分析，該工程地基處理效果較好。

4 對濕陷性黃土地基處理方案的設計方法分析

4.1 優化設計方案

我國在解放后，關于濕陷性黃土地基處理方面的實踐已經持續了幾十年的時間，具體的操作方法很多，在經過歸納整理后的基本思路主要為下述兩種設計方案。

(1)基本消除或已經部分消除工程基礎固有土層結構中的濕陷性。常用方法主要有墊層法、擠密樁、強夯法。當自重濕陷性黃土層厚度深厚(厚度大于10m，自重濕陷量的計算值不小于500mm)時，常用辦法為預浸水處理法。這種類型的處理辦法需要通過工程施工措施，對目標區域的濕陷土層加以妥善處理，充分改善土壤結構以及基本特性，借此達成消除濕陷性的效果。缺點為：耗時長，影響工期。優點為：施工便利，費用低。

(2)保證建筑物基礎結構的隔水層有效，保證基礎濕陷性黃土地基不會被浸水，借此達到防止地基濕陷的效果。比較常見的隔水材料為：灰土、油氈或者各種類型的PVC和PE膜。該方法對基礎承載力提出的強度要求不高，如，供水管床、游泳池、渠道等工程中比較適用。

4.2 分析區域，采取適宜的措施

由于濕陷性黃土地基具有高含水量和多孔結構，在一定的濕度范圍內，其內部的水分會隨著水的滲透進入到土體中，使土壤的孔隙率降低，從而導致土體的抗剪強度下降，進而影響了穩定性，最終造成了濕陷變形。因此在對濕陷性研究過程中，要根據不同的地區采取相應的處理措施，以保證地基的穩定性能。

(1)對于黃土地基來說，如果是有水的地方，就可以采用干式壓實技術來進行處理，要注意的是，在施工的時候不能破壞地面的基礎設施，否則會出現滲漏的情況。(2)有地下水的區域，就要考慮是否需要對其進行加工后在進行處理，因為這樣的方法不僅成本低，而且效果也比較好所以一般都使用這種方法。(3)當在無水源的地方時，要先把水抽干，再將其中的一部分水資源抽出來，然后再利用。

4.3 回彈模量的構建

回彈模量是指混凝土在施工過程中，由于外界環境的影響而產生的強度變化，其值與工程的實際情況相吻合，因此需要對其進行嚴格的控制和管理。

在對濕陷性黃土地基處理的時候，要根據不同的地區和土壤類型來確定具體的回彈模量，一般是以灰土的厚度為基礎，同時還要結合當地的氣候條件來制定相應的回彈模度，從而保證地基的穩定性以及抗震性能。對于粉煤灰碎石來說，本身的含水量較低，所以在對粉煤灰碎石處理時，要將粉煤灰的含水率降低，并且要確保水泥的質量達標，這樣才能使其能夠更好的被應用到建筑中。但是如果不按照規定的標準來實施，就會導致出現嚴重的問題而無法避免事故的發生。

4.4 濕陷性黃土地基壓實

對濕陷性黃土地基進行處理時，要先將干粉和含水率分別計算，然后再將其與干粉的比值加到同一個標準中，這樣可以使其具有相同的含水量，并且在使用過程中，要保證在一定的范圍內不會出現裂縫。

對于濕陷性黃土地基處理的具體操作，主要是通過以下兩種方式來實現的:第一，對施工材料的選擇以及填縫工作。第二，對工程的實際情況，比如，現場條件等。針對施工環境的影響，首先需要注意的是，如果是在潮濕的天氣下，那么就會導致土壤的性質發生改變，從而使其變得更加的不穩定，所以說，為了避免這種問題的產生而采取的措施就是，當遇到了惡劣的氣候狀況，就應該采用砂石層或者砂礫層，而不僅是把它作為一種填充的材料來對待。

4.5 基坑施工質量控制

為了保證濕陷性黃土地基工程的順利進行，需要在施工前，對施工現場的環境情況以及水文條件等因素充分的了解和掌握，從而制定出合理的施工方案，并在實施過程中嚴格的監督和管理。

首先，對施工材料的選擇與使用重視。如果所選的建筑材料質量達不到要求，則會影響到后期的建筑工作，所以要根據實際的具體需求來確定合適的原材料;其次，對于混凝土的澆筑，要注意澆筑的厚度、振搗的時間、振搗的次數等，同時還要做好相應的保護措施，避免出現滲漏的現象;最后，對施工人員的操作能力與技術水平的提高也十分重要，因為他們的專業素質直接關系著整個項目的進度問題，因此必須加強相關的培訓教育，不斷提升施工人員的技能素養，使其能夠更好的完成項目的建設。(1)干粉量:在濕陷性黃土地基處理過程中，干粉量是影響其穩定性的重要因素，在不同的工程條件下，對濕陷性黃土的干粉含量的要求也是不盡相同的。(2)黏聚力:黏聚力的大小會直接決定著施工的難易程度，所以要選擇合適的粘結劑，一般情況下，黏聚力大的材料可以使其具有較高的抗壓強度，但也不能過大，否則會使其變形能力降低，并且還會導致軟化點的產生。(3)初始含水量:含水率的高低和水分的多少都有關系，如果含水率過低，則會造成吸脹性能的下降和抗滲的喪失等問題，因此要根據實際的環境來確定最佳的含水率，同時還要考慮到當地的溫度、濕度以及土壤的鹽度等，從而保證最終的效果。(4)混凝土的齡期:對于建筑的結構來說，隨著時間的推移，裂縫的出現將會變得更加嚴重，而當裂縫的寬度達到一定的范圍時，就需要使用水泥砂漿來修補，但這種方法會造成混凝土結構的破壞，因此要在施工之前進行現場試驗，以保證其質量。(5)濕陷性:黃土地基是由水泥、砂等材料組成的復合地基體。不同土質條件下可表現出不一樣強度和性質。

4.6 黃土地基沉降的評估

對黃土地基進行沉降的評估工作主要是為了確定是否能夠滿足工程的要求以及能否達到預期的效果和質量。

在對其進行評估的過程中，需要注意的是，要將實際的情況考慮在內，不能僅僅只注重表面的形式而忽略了它的內在價值。在對其進行評估的時候要將理論與實踐相結合，這樣才能保證所得到的結果更加的準確可靠。對于黃土的性質來說，它是由水的含量、含水量和土壤的物理特性共同決定的；而水分的流失則會導致水的滲出，從而造成的損失就是水的滲出。所以說，在對其進行評價的時候應該將這三個因素綜合起來，然后再做出相應的處理方法。含水量的測定:由于濕陷性的地面會出現一定的下沉現象，因此可以通過測量含水率來判斷地表的干陷程度。

4.7 濕陷性黃土地基的綜合治理

由于黃土地基本身的性質以及自身的復雜性，使得其在處理濕陷性黃土時，需要采取不同的措施來進行處理，以達到最大程度的減少對環境的破壞作用。

(1)對于濕陷性的黃土地基，首先要選擇合適的材料來提高它的抗壓能力，因為如果使用了不適合的材料就會導致水的滲透率變小，進而影響到周圍的建筑物或者是人們的生活質量。因此在選用建筑材料的時候，一定要嚴格把關，保證它的強度和穩定性，避免出現裂縫等情況。

(2)在對建筑的設計過程中，要考慮到當地的氣候條件，比如，溫度、濕度，這樣可以使工程的造價得到降低，同時也能有效的防止水的滲漏，從而使建筑工程的整體性能得以提升。

(3)在施工的過程中，為了確保能夠滿足建設的要求和經濟的發展水平，必須加強對后期的維護工作，尤其是一些大型的項目會產生大量的工程廢渣，所以應該做好相應的保護措施，以免造成不必要的浪費與損失。

5 結 語

綜上所述，實際應用過程中需要針對地質條件、地基土質特性和地基結構的區別完成處理方案的選擇工作，以此保證經過處理后的工程地基具備足夠強度的承載力，能夠滿足建筑變形條件的建設要求。但是，無論選擇哪種方式，均需要保持足夠嚴密的質量控制，才能夠獲得更為優質的建設效果。