劉仁旺

1 概述

在我國華北廣大黃土地區(qū),黃土一個顯著的特點(diǎn)是在天然狀態(tài)下,未受水浸濕的黃土具有較高的強(qiáng)度,較小的壓縮性,但當(dāng)遇水浸濕后,由于黃土大孔隙結(jié)構(gòu)的破壞,產(chǎn)生了濕陷變形。

黃土的濕陷性和它本身所具有的大孔隙結(jié)構(gòu)及其所含的易溶鹽等化學(xué)物質(zhì)成分有關(guān)。大孔隙結(jié)構(gòu)的四周由于有可溶鹽濃縮所形成的膠結(jié)物質(zhì)的存在,增強(qiáng)了土粒間抗滑移的能力,阻止了土體在上覆自重壓力下的壓密。另外,由于碳酸鈣等物質(zhì)的膠結(jié)作用,使顆粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度增加,因而在天然含水量狀態(tài)下,未受水浸濕的黃土具有較高的強(qiáng)度,較小的壓縮性。但當(dāng)黃土受水浸濕后,結(jié)合水膜增厚,結(jié)合水聯(lián)結(jié)消失,顆粒四周的膠結(jié)鹽類也溶于水中,因此顆粒間聯(lián)結(jié)強(qiáng)度降低,在上部建筑物荷重作用下,大孔隙結(jié)構(gòu)破壞,顆?；虼罂紫?孔隙體積減小,土體被壓密,黃土則出現(xiàn)了濕陷變形。這種土質(zhì)的基礎(chǔ)處理與其他土質(zhì)相比,施工難度大,進(jìn)度慢,情況復(fù)雜,耗用時間長,特別是大面積的土質(zhì)夯填及水利壩體處理。

2 現(xiàn)有地基處理方法存在的問題

1)有的工程未能因地制宜的采用合理的處理方法。比如:飽和軟黏土地基不宜采用振密、擠密法加固。和其他的方案進(jìn)行比較,采用的不是很好的方法,更不是最好的方法,造價(jià)高和工期長。地基處理應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況指定方案。2)施工設(shè)備的配置影響地基處理質(zhì)量。3)地基處理的實(shí)際效果跟不上理論效果?，F(xiàn)在對地基處理的方法很多,但是從處理的效果上看,有的就很差。

3 施工現(xiàn)場地基處理采取的方法

3.1 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法又叫動力固結(jié)法。是利用起重設(shè)備將80 kg～400 kg的重錘起吊到10 m～40 m高處,然后使重錘自由落下,對黃土地基進(jìn)行強(qiáng)力夯擊,以消除其濕陷性,降低壓縮變形,提高地基強(qiáng)度,但強(qiáng)夯法適用對地下水位以上飽和度Sr≤60%的濕陷性黃土地基進(jìn)行局部或整片處理,可處理的深度為3 m～12 m。

施工要點(diǎn):施工前應(yīng)試夯,確定有關(guān)技術(shù)參數(shù),如夯錘的重量、底面直徑及落距、最后下沉量及相應(yīng)的夯擊遍數(shù)和總下沉量;夯實(shí)前槽、坑底面的標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)標(biāo)高;夯實(shí)時地基土的含水量應(yīng)控制在最優(yōu)含水量范圍內(nèi);大面積夯時應(yīng)按順序;基底標(biāo)高不同時應(yīng)先深后淺;結(jié)束后,應(yīng)及時將夯松的表土清除或?qū)⒏⊥猎诮咏? m的落距夯實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.2 灰土墊層法

灰土墊層法是采用消石灰與土的2∶8或 3∶7的體積比配合而成,經(jīng)過篩分拌和,再分層回填,分層夯實(shí)的一種方法,要保證夯實(shí)的質(zhì)量必須要嚴(yán)格控制好灰土的拌制比例,土料的含水率,這對夯填質(zhì)量起主要的影響因素。在實(shí)際施工過程中,不可能用儀器對每一層土樣進(jìn)行含水率測定,通過“握手成團(tuán),落地開花”的直觀測定法來測定,把握好灰土的含水量,適應(yīng)于處理厚度較為淺的地基處理。當(dāng)處理厚度超過3 m時,挖填土方量大,施工期長,施工質(zhì)量也不易保證,會影響工程質(zhì)量和工程進(jìn)度。

3.3 擠密法

擠密法是利用沉管、爆破、沖擊、夯擴(kuò)等方法在濕陷性黃土地基中擠密填料孔再用素土、灰土,必要時采用高強(qiáng)度水泥土,分層回填夯實(shí)以加固濕陷性黃土地基,提高其強(qiáng)度,減少其濕陷性和壓縮性。擠密法適用于對地下水位以上,飽和度Sr≤65%的濕陷性黃土地基進(jìn)行加固處理,可處理的濕陷性黃土厚度一般為5 m～15 m。擠密法在含水量較高(略低于最優(yōu)含水率),特別是在整個處理深度范圍內(nèi)的含水量普遍偏低的土質(zhì)中不宜采用。

3.4 樁基礎(chǔ)法

樁基礎(chǔ)既是一種基礎(chǔ)形式也可看作是一種地基處理措施,是在地基中有規(guī)則的布置灌注樁,以提高地基承載能力。灌注樁分為有擴(kuò)底和無擴(kuò)底兩種,樁孔直徑一般為60 cm～80 cm,樁底擴(kuò)大頭直徑一般為90 cm～120 cm,最大直徑達(dá)180 cm,入土深度一般為10 cm～25 cm,最大入土深度達(dá)30 m以上。兩者可根據(jù)場地土質(zhì)情況,采用人工挖孔或采用鉆機(jī)及其他設(shè)備進(jìn)行成孔。為了提高樁基礎(chǔ)的承載力,充分發(fā)揮和利用樁底端下部土(巖)層的潛力,通常采用擴(kuò)底灌注樁。樁根據(jù)受力不同可分為端承樁和摩擦樁,這種地基處理方法在工業(yè)與民用建筑中使用較多,但樁基礎(chǔ)仍然存在潛在的隱患,地基一旦浸水,便會引起濕陷給建筑物帶來危害。在自重濕陷性黃土中浸水后,樁周土發(fā)生自重濕陷時,將產(chǎn)生土相對樁的向下位移對樁產(chǎn)生一個向下的作用力即負(fù)摩擦力。而且通過實(shí)踐證明,預(yù)制樁的側(cè)表面雖比灌注樁平滑,但其單位面積上的負(fù)摩擦力卻比灌注樁大。

4 基礎(chǔ)進(jìn)行地基加固處理外,還應(yīng)有結(jié)構(gòu)本身防變形的設(shè)計(jì)

4.1 對于濕陷性黃土的地基,應(yīng)選用相應(yīng)的基礎(chǔ)

1)條形基礎(chǔ)。5層以下磚混結(jié)構(gòu)中,常用墻下條形基礎(chǔ)。2)筏片基礎(chǔ)?？紤]場地的不均勻性,5層～6層建筑大多為此基礎(chǔ)形式。3)箱形基礎(chǔ)。箱形基礎(chǔ)突出的優(yōu)點(diǎn)是抗震穩(wěn)定性好,剛度也比較大,抵抗不均勻沉降的能力也比較強(qiáng)。由于高層建筑一般荷載較大,對地基的附加應(yīng)力影響范圍廣,因此為了減少地面產(chǎn)生過大荷載,就要考慮在建筑物地面下設(shè)置地下室,以卸除土的自重壓力,予以平衡,使基礎(chǔ)更加穩(wěn)定。

4.2 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體剛度

建筑物常因功能的需要,使本身具有一定的剛度,一般工業(yè)及民用建筑剛度比較大的有兩種:一種為絕對剛性,如鋼筋混凝土筒倉等;另一種為相對剛性,如多層磚石房屋,多層鋼筋混凝土框架,像這樣的建筑雖然具有一定的剛度,但是它的強(qiáng)度較低,不能與它的剛度協(xié)調(diào)一致,其抗拉能力尤弱,因此碰到黃土濕陷地基時應(yīng)適當(dāng)增加其關(guān)鍵部位的抗拉強(qiáng)度,這樣有利于利用建筑物的剛度來調(diào)整建筑物部分不均勻沉降。

4.3 設(shè)置沉降縫

沉降縫的設(shè)置宜結(jié)合建筑物的平面形狀、地基土質(zhì)、基礎(chǔ)類型及荷載條件等設(shè)置沉降縫,一般在下列部位設(shè)置:1)建筑平面的轉(zhuǎn)折部位;2)高度差異或荷載差異處;3)長高比過大的砌體承重結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位;4)建筑結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)類型不同處;5)分期建造的房屋的交界處。沉降縫應(yīng)有足夠的寬度,房屋層數(shù)為2層～3層時,沉降縫寬度為 50 mm～80 mm;房屋層數(shù)為 4層～5層時,沉降縫寬度為 80 mm～120 mm;房屋層數(shù)為5層以上時,沉降縫寬度不小于120 mm。通過以上部位設(shè)置沉降縫可大大減少由于地基土軟弱引起的不均勻沉降。

4.4 注意相連建筑物的相互影響確保相鄰建筑物之間的安全距離

建筑物荷載不僅使本建筑物下的土層產(chǎn)生壓縮變形,在它以外一定范圍內(nèi)的土層,由于受到基礎(chǔ)壓力擴(kuò)散的影響也將產(chǎn)生壓縮變形,這種變形隨著距離增加而逐漸減小,由于軟土地基的壓縮性很高,當(dāng)兩建筑物之間距離較近時,這類附加不均勻壓縮變形甚大,常造成鄰近建筑物的傾斜或損壞,若被影響建筑物的剛度強(qiáng)度較差時,危害主要表現(xiàn)為產(chǎn)生裂縫;當(dāng)剛度強(qiáng)度較好時則表現(xiàn)為建筑物的傾斜。

4.5 減輕建筑物的自重

減輕自重可減少建筑物的總沉降量,從而有利于對不均勻沉降的控制。也可在預(yù)先估計(jì)沉降量大的部分減輕自重,用以直接調(diào)整不均勻沉降。由于一般磚石結(jié)構(gòu)民用建筑墻身重量所占比例很大,故若能用輕質(zhì)材料和改變結(jié)構(gòu)體系來減輕這部分的重量,對控制沉降會有明顯效果。本工程砌體材料均采用蒸壓混凝土空心砌塊,在起到保溫效果的同時又減輕了建筑物的自重。

5 結(jié)語

地基處理的好壞會影響到工程的質(zhì)量,通過合理的建筑設(shè)計(jì),有效的減輕和消除對地基結(jié)構(gòu)的不利影響,確保工程質(zhì)量。在華北地區(qū),濕陷性地基處理應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況處理,每種地基處理不是萬能的,所以在實(shí)際處理地基時,采用幾種方案組成的綜合處理方法,適用且經(jīng)濟(jì)。

[1]劉桂靈.濕陷性黃土濕陷機(jī)理及處理措施[J].山西建筑,2009,35(6):148-149.

[2]GBJ 25-90,濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[3]葉書麟.地基處理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.