大厚度濕陷性黃土巖土工程勘察與地基處理方法探究

陳世盛 彭阿麗

山西冶金巖土工程勘察有限公司 山西 太原 030002

引言

大厚濕陷性黃土作為非飽和欠壓密土遇水濕后易發生濕陷變形現象，這類變形常給各種建筑物帶來嚴重的危害，嚴重地影響了建筑安全和正常使用。為最大限度地消除濕陷性黃土在較大厚度情況下可能造成的危害，文章重點對濕陷性黃土巖土工程勘察及地基處理方法進行了具體的研究。

1 大厚度濕陷性黃土巖土工程的勘察重點

1.1 勘探深度的控制

進行大厚度濕陷性黃土巖土工程勘察過程當中必須要合理的控制勘察深度，這也是保證整體工程勘察質量的重點內容。比如，在進行山西地區的黃土巖土工程勘察過程中，就需要保證勘察厚度在5～22m之間。為了能夠進一步保障勘察的效率，勘察人員還需要對探井數量進行合理的安排。確保探井的深度能夠穿透濕陷性黃土層，才能夠使探查的結果符合項目施工要求對[1]。

1.2 濕陷性試驗和評估

《濕陷性黃土地區建筑標準》（GB 50025-2018）對于大厚度濕陷性黃土的測試和評估進行了進一步的要求。一般濕陷性試驗宜用單線法進行，在天然濕度范圍內分級加荷、加到不同壓力沉陷穩定后方可浸水進行，可獲得較真實的結果。需要注意的是：如果都用單線法進行測試有一定難度，勘察人員可以同時采用雙線法和單線法結合的方式進行測試，從這個角度可以通過比較確保濕陷性測試的科學性。但在對大厚度濕陷性黃土進行濕陷性評價時，勘察人員需要著重考慮濕陷程度的分區，地基浸水概率對其影響必須列入考慮范圍，從而與不打浸水孔的自然浸水實驗數據相結合，引入浸水概率系數可以確保濕陷性評價更具有科學性。

1.3 工程地質測繪

只有嚴格管理工程地質的具體測繪質量，才能夠進一步確保大厚度濕陷性黃土工程的勘測效果，除了按照普通濕陷性現場進行測繪工作之外，還需要勘察人員進行測繪工作，還要研究地形變化歷史，對黃土填方場地控制準則，填筑方式和填方時間等問題也須著重考慮。另外，勘察人員還要對地下水位的季節性變化范圍，埋深，升降趨勢以及與灌溉情況，地表水體之間的關系等進行勘察，對地表水下滲及側向浸水的程度及可能性進行評價時還要有所側重[2]。

2 工程概況

2.1 工程信息

擬建項目位于山西省晉中市榆次區城東北，擬選址長約400m，寬約350m；擬建建筑為三幢一層廠房，廠房高度20.0m。擬建場地地貌單元主要分布在晉中盆地的東北部地區，次級地貌單元屬于黃土丘陵；擬建的1#廠房現場比較平整，最大高差2.41m；2#和3#工廠現場地形起伏大，最大高差6.76m。通過對區域地質資料及工程地質調查研究，擬建場地為自重濕陷性黃土場地、濕陷等級高、最大濕陷深度達20m以上。因此確定現場濕陷性黃土埋深及濕陷等級為此次調查的關鍵。

2.2 地基處理方案設計

地基處理方案設計對于地基的整體處理效果有著非常重要的影響，因此必須要采取合適的方式進行科學仔細的設計，從而有效的保證設計的質量和設計的效率。1#在進行地基處理時使用灰土擠密樁并合理的確定其整體的使用參數。通過在孔內進行3∶7的灰土材料的填充保證，分層回填的夯實度，從而有效的保障其整體的處理效果在設計過程當中必須保證樁間土的平均擠密系數大于0.93，最小的擠密系數要高于0.88。2#和3#一個廠房處理使用強夯法并進行三遍點夯，最后再使用3000kN·m的滿夯進行最后施工。在施工過程中必須要保證每次點夯所造成的沉降量大于100mm。只有這樣才能夠保證整體的地基處理效果，使后續的建設更加順利，安全。

3 大厚度濕陷性黃土地基的處理

3.1 墊層法

在進行地下水位以上的濕陷性黃土地基處理過程當中，最常用的方法就是墊層法[3]。采用墊層法其實質就是把濕陷性黃土和其他一些土都挖掉，換填一些具有較高強度，較高密度和良好水穩定性的較厚粒徑的物質，例如素土、灰土、水泥土和粉煤灰等、沙礫土這種無侵蝕性、性質穩定的物質都能很好地為采用墊層法處理濕陷性黃土地基服務，而不同物質所具有的不同適用范圍還需著重考慮，例如粉煤灰墊層就比較適合機場、廠房或者是堆場。但是必須要合理的控制粉煤灰的強度。如果發現墊層低于地下水位，那就必須要將粉煤灰的強度進一步降低。

3.2 強夯法

如果在地基以下仍然存在3～12m的濕陷性土層，那么就可以使用強夯法，通過應用這一方法能夠使濕陷性黃土的部分或者是全部都得到很好的處理，通過應用這一方法能夠有效提高實現性黃土的結構，保證其密實度、壓縮性等性能，符合工程項目的使用需求。但是同時濕陷性黃土本身的滲透性和強度都會對強夯法運用效果產生直接的影響；夯點的布置，夯擊遍數，單點夯擊能，單位面積夯擊能的大小，對濕陷性黃土地基的處理質量也同樣具有直接的影響。但是需要注意的是，采用強夯法處理濕陷性黃土地基在施工中會出現噪音和振動過大等缺點，這樣就會使周邊建筑物和環境極易遭受到比較消極的后果，因此需要注意有關防護措施的運用[4]。

3.3 擠密法

擠土成孔法與取土成孔法是當前擠密法的兩種分支。這兩種方法的主要區別是在于工藝方面。在成孔時使用擠土成孔法可以保證擠密效果，但是在成樁的時候，則需要使用到取土成孔法來保證擠密作用。在回填過程中受到不同方法的影響，需要使用到的材料也有所不同。因此根據材料使用的不同情況，擠密法又可分為素土擠密法和灰土擠密法，濕陷性黃土地基的原始含水量以及自身的干密度往往對于擠密法的應用效果有著非常重要的影響，所以必須要根據濕陷性黃土的具體數據來確定擠密法的布孔形式以及樁間距，在目前國內的擠密法應用過程中，應用最多的還是灰土擠密法。通過應用這一方法，可以有效改善濕陷性黃土的穩定性和牢固性，從而為后續的施工建設提供安全保障。

3.4 地基處理

3.4.1 對待的理念。結合地質勘察工作，建設單位確定在擠密法中孔內深層強夯擠密法進行大厚度濕陷性黃土地基處理，該處理通常需要與柱錘沖擊成孔法和步履式長旋鉆排土成孔法等方法相配合。施工單位在地基處理中選用其中步履式長螺旋鉆進排土成孔法，采用分層填料（灰土）、用高動能橄欖錘（特制重力夯錘）在孔內進行強夯操作，從而可達到處理大厚度濕陷性黃土地基。但與前面所述灰土擠密法和夯擴法相比，孔內深層強夯擠密法通常在同等落距和夯錘重的情況下單位面積夯擊能量更大，多因其樁錘直徑小，使孔內深層強夯擠密法比強夯法有明顯的優點。實際上擠密法孔內深層強夯擠密法自身就屬于灰土樁，重錘夯實和強力夯實處理方法融合體，采用深層動力夯、砸和壓密等方法對下層填料進行處理，同時采用動力夯、砸、劈裂和強制側向擠密等方法對其進行夯實，從而很好地保證了大厚濕陷性黃土基礎處理的質量。

3.4.2 處理過程中。在運用孔內深層強夯擠密法處理大厚度濕陷性黃土地基時，該處理過程可以歸納為以下幾個步驟：用經緯儀測放控制點和樁位，用機械洛陽鏟掏土形成孔，用灰土拌和機篩分、拌和灰土，人工填筑。其中經緯儀的使用可以建立現場相對坐標和高程控制系統以確保樁位的合理布置，機械洛陽鏟技術的使用可以使成孔垂直度偏差保持在1.5%以內，每遍填料的虛方量在0.13～0.15m3之間。

3.4.3 處理效果好。為了清楚地了解本項目對大厚度濕陷性黃土地基的處理作用，本項目對樁身夯填質量、微觀結構和滲透性等進行了具體測試。如果在測量后發現自重濕陷系數都在0.15以下，擠密系數均值不低于0.93，由此可以證明樁間土擠密作用突出，地基的濕陷性得到了徹底的消除。另外，樁身土壓實系數大于或等于0.97，平均300kPa復合地基承載力特征值和0.029m/d處理地基滲透系數，還可論證大厚度濕陷性黃土基處理效果之優、孔內深層強夯擠密法應用之價值是顯而易見的[5]。

4 地基處理的效果比較

4.1 灰土擠密樁處理地基的試驗

在1#廠房現場灰土擠密樁的基礎上，通過單樁復合地基靜載荷試驗，測試單樁復合地基承載力特征值能否達到設計要求；為了能夠進一步測量灰土擠密樁地基濕陷性的去除效果以及樁間土擠密樁的具體技術效果。還需要使用人工探井技術進行取土室內測試。經測試灰土擠密樁單樁復合地基承載力特征值為150kPa；探井探測深度處樁間距0.9m與樁間距1.0m區濕陷系數低于0.015，且處理深度處濕陷性完全消除；樁間距在檢測深度內平均擠密系數至少為0.93，最小值為0.88；檢測深度范圍內樁體的平均壓實系數不小于0.97，最小壓實系數不小于0.93。

4.2 對強夯后的地基處理進行檢測

在2#，3#廠房現場強夯后通過靜載荷試驗判斷地基承載力特征值達到設計要求；利用人工探井取土進行了室內實驗，對地基處理地基土干密度，壓縮系數，密實度和濕陷性等進行了分析研究。經測試強夯處理的地基承載力特征值為180kPa；2#廠房場地及3#廠房場地西北角夯終面下9.5m濕陷性均被消除，表明8000kN·m能級有效加固深度為9.5m；3#廠房場地西北角外局部地段夯綜面下4m范圍內濕陷性系數在0.015～0.037之間，濕陷性不能完全消除。

5 檢測結論分析

后經過調查分析發現，3#廠房西北隅外的地塊之前是蘋果樹、桃樹林，地塊第一層黃土平均含水量8.3%，和其他地區的平均含水量相比較低。勘察報告當中并沒有進行詳細的分區說明，這就導致無法有針對性地進行地基處理。后經現場土體增濕，采用二次強夯。經測試，在測試范圍內濕陷性完全消失。1#廠房場地，2#廠房場地，3#廠房場地西北角地基承載力及處理后濕陷性符合設計要求。表明在濕陷性黃土地區，強夯法與灰土擠密樁仍然是提高承載力、處理濕陷性效果最好、應用最為廣泛的地基處理方案。

6 結束語

該場地是典型的大厚度濕陷性黃土場地之一，濕陷性黃土層厚、地基濕陷等高、最大總濕陷量達1300mm，需處理濕陷性深。本勘察方案布設之前，勘察技術人員通過多次區域地質調查及搜集有關資料，初步查明場地濕陷性黃土厚度及濕陷級別，對探井數量及探井深度進行針對性布置，避免探井數量及深度不足，導致濕陷深度及濕陷等級沒有被判別出來；還可避免探井過深而浪費人力及提高勘察成本。此外，對特殊性場地，應按工程地質條件劃分區域，巖土工程分析評價應分區闡述，使地基處理方案更具針對性。總而言之，在進行工程建設過程當中，采用合理的方式。進行大厚度實現性黃土地區的巖土勘察和地基處理。對于工程建設質量有著非常重要的影響。本文對大厚度濕陷性黃土的處理思路進行了進一步的研究，分析了強夯法、擠密法等一系列的處理方法，并探討了其處理效果。為了保證大厚度濕陷性黃土地基的處理質量，就必須著重分析濕陷性黃土的具體變形機理、黃土微細觀以及大厚度濕陷復合地基動力等方面進行分析研究。