梁 虎

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

濕陷性黃土地基的處理方法

梁 虎

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

本文針對(duì)黃土高原濕陷性黃土實(shí)際施工條件，介紹了實(shí)施性較強(qiáng)的兩種濕陷性黃土的處理方法——樁基礎(chǔ)法和沙石樁法。在處理過(guò)程中，應(yīng)因地制宜，廣泛發(fā)展運(yùn)用于各地、各種條件下的處理方法。

濕陷性黃土 樁基礎(chǔ) 沙石樁

1 概述

濕陷性黃土是我國(guó)一種主要的、分布較為廣泛的區(qū)域性土，它主要分部于我國(guó)黃土高原。濕陷性黃土是第四紀(jì)的一種沉積物，以粉土顆粒為主，富含碳酸鹽，具有大孔隙和垂直節(jié)理，以黃色為基本色調(diào)，具有濕陷性，故稱為濕陷性黃土。

濕陷性黃土的最大特點(diǎn)，是在土的自重壓力或土的附加壓力與自重壓力共同作用下，受水浸濕時(shí)將產(chǎn)生大量而急劇的附加下沉，這種現(xiàn)象稱為濕陷。它與自重濕陷性黃土受水浸濕時(shí)所表現(xiàn)的壓縮性稍有增加的現(xiàn)象不同。由于各地區(qū)黃土形成時(shí)的自然條件差異較大，因此其濕陷性也有較大差別，有些濕陷性黃土受水浸濕后在土的自重壓力下就產(chǎn)生濕陷，而另一些黃土受水浸濕后只有在土的自重壓力和附加壓力共同作用下才產(chǎn)生濕陷。濕陷變形不同于壓縮變形，通常壓縮變形在荷載施加后立即產(chǎn)生，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸趨向穩(wěn)定。對(duì)于大多數(shù)濕陷性黃土地基來(lái)說(shuō)，壓縮變形在施工期間就能完成一大部分，竣工后三個(gè)月到半年即基本趨于穩(wěn)定。而濕陷變形的特點(diǎn)是變形量大，常常超過(guò)正常壓縮變形的幾倍甚至幾十倍；發(fā)生快，一般在浸水1h～3h就開(kāi)始濕陷。就一般的濕陷事故而言，往往在1d～2d內(nèi)就可能產(chǎn)生20cm～30cm的變形量。這種量大、速率快而又不均勻的變形，往往使建筑物發(fā)生嚴(yán)重變形甚至破壞。而濕陷的出現(xiàn)完全取決于受水浸濕的機(jī)率，有的建筑物在施工期間即產(chǎn)生濕陷事故，而有的則在幾年甚至幾十年后才出現(xiàn)濕陷事故。

濕陷性黃土濕陷變形的主要指標(biāo)為濕陷系數(shù)，濕陷的起始?jí)毫蜐裣莸钠鹗己?，其中以濕陷系?shù)最為重要。濕陷系數(shù)是單位厚度土樣在土自重壓力或自重壓力與附加壓力共同作用下浸水所產(chǎn)生的濕陷量。它的大小反映了黃土對(duì)水的敏感程度，濕陷系數(shù)越大，表示土受水浸濕后的濕陷量越大，因而對(duì)建筑物的危害越大，反之則小。

2 樁基礎(chǔ)

濕陷性黃土地區(qū)采用樁基礎(chǔ)的目的，是將樁穿過(guò)濕陷性黃土層，落在其下堅(jiān)實(shí)的非濕陷性土層中，以便安全支承從上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載，如一旦地基受水浸濕，就可以完全避免濕陷的危害。按施工方法，樁可以分為打入、鉆孔和爆擴(kuò)幾種，下面分別敘述。

2.1 打入預(yù)制樁

鋼筋混凝土預(yù)制樁造價(jià)較高，但它的施工機(jī)械化程度高、施工速度快、承載力高，所以近幾年在一些重要的工程中采用較多。在濕陷性黃土層較厚或地下水位較高而建筑物的荷載又較大的情況下，使用預(yù)制樁是特別合適的。

預(yù)制混凝土樁為國(guó)內(nèi)使用最多的一種樁型，常用截面有普通混凝土方樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁兩種。尤其是方型樁，生產(chǎn)制作運(yùn)輸堆放都比較方便。有的地區(qū)采用三角形截面的空心樁，具有材料耗量小、重量輕、界面周邊慣性矩較大的特點(diǎn)。打樁方法有錘擊法和振動(dòng)法等。

2.2 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁是高層建筑常用的一種基礎(chǔ)形式，它將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞至深層穩(wěn)定的土層或巖層上，以減少建筑物的不均勻沉降。它能適用于不同的場(chǎng)地和多種地層，在工業(yè)與民用建筑及道路橋梁工程中得到普遍應(yīng)用。

鉆孔灌注樁具有施工工藝和機(jī)具設(shè)備的多樣性，但各種工藝和機(jī)具設(shè)備同樣要受到施工場(chǎng)地的環(huán)境、地質(zhì)條件約束。在工程實(shí)際中，時(shí)常出現(xiàn)因勘查未詳細(xì)查明建筑場(chǎng)地巖土工程條件，設(shè)計(jì)選擇不合適的持力層，施工中選擇不合理的施工工藝、不合適的灌注混凝土方法；以及工作人員素質(zhì)參差不齊、責(zé)任心不強(qiáng)，均可產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題。

鉆孔灌注樁為非擠土樁。根據(jù)成孔工藝，可分為取土鉆孔灌注樁、沖擊鉆孔灌注樁和泥漿循環(huán)護(hù)壁鉆孔灌注樁。

2.3 爆擴(kuò)樁基礎(chǔ)

爆擴(kuò)樁是先用鉆機(jī)或大直徑洛陽(yáng)鏟掏孔(也可用炸藥爆擴(kuò))形成樁孔，然后在孔底安放炸藥包，澆入部分混凝土，將炸藥引爆后在樁底形成擴(kuò)大頭空腔，繼續(xù)澆灌樁身混凝土而成為爆擴(kuò)樁。爆擴(kuò)樁施工方便，不需要復(fù)雜機(jī)具，土方量很少。由于樁段面積擴(kuò)大，其承載能力可以比一般灌注樁提高1～2倍。

在濕陷性黃土地區(qū)，采用爆擴(kuò)樁與其他地區(qū)不同的是，應(yīng)考慮樁基在受水浸濕后層理的變化。在天然狀態(tài)下，爆擴(kuò)樁承載力是由樁周土的摩擦力和樁底擴(kuò)大頭下土的承載力兩部分所組成，一般情況下，其承載力都較高。但地基受水浸濕后，摩擦力大部分消失；在自重濕陷性黃土地基上，還可以產(chǎn)生負(fù)摩擦力。因此在濕陷性黃土地區(qū)，決定爆擴(kuò)樁承載力時(shí)，不應(yīng)將樁周土的摩擦力考慮在內(nèi)。

爆擴(kuò)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，包括樁的設(shè)置深度、樁身和擴(kuò)大頭直徑以及樁位布置。在濕陷性黃土地區(qū)，爆擴(kuò)樁的成孔方法有藥管法和藥眼法兩種。

3 砂石樁法

3.1 加固原理

砂石樁可用于處理松散砂土、粉土、粘性土、素填土及雜填土地基，該方法處理可液化地基是很有效的。其工作機(jī)理主要靠樁的擠密和施工中的振動(dòng)作用，使樁周圍土的密實(shí)度增大，從而使地基的承載力提高，壓縮性降低。因軟弱地基土的滲透性較小，靈敏度較大，成樁過(guò)程中產(chǎn)生的超孔隙水壓力不能迅速消散，擠密效果較差，而且因擾動(dòng)而破壞了土的天然結(jié)構(gòu)，降低了土的抗剪強(qiáng)度。根據(jù)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，在軟弱粘性土中形成砂石樁復(fù)合地基后，再對(duì)其進(jìn)行加載預(yù)壓，以提高地基強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性，并減少工后沉降。國(guó)內(nèi)的實(shí)踐也表明，如不進(jìn)行預(yù)壓，砂石樁施工后的地基在荷載作用下仍有較大的沉降變形，對(duì)沉降要求較嚴(yán)格的建筑物難以滿足要求。因此，采用砂石樁處理飽和軟弱粘性土地基應(yīng)根據(jù)工程對(duì)象區(qū)別對(duì)待，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定地基處理方法。地基土的土質(zhì)不同，對(duì)砂石樁的作用原理也不盡相同。在松散砂土和粉土地基中，其主要作用有擠密作用、振密作用及抗液化作用；而對(duì)于粘性土地基，其作用是置換作用和排水作用。

3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.2.1 樁的平面布置，可采用三角形或正方形。

3.2.2 樁直徑的大小，一般可采用300mm～800mm。

3.2.3 砂石樁的間距，對(duì)粉土和砂土地基，不宜大于砂石樁直徑的4.5倍；對(duì)粘性土地基，不宜大于砂石樁直徑的3倍。

3.2.4 砂石樁的長(zhǎng)度，取決于需加固處理的軟土層厚度，通常根據(jù)地基的穩(wěn)定和變形驗(yàn)算確定。

3.2.5 砂石樁處理范圍應(yīng)大于基底范圍，處理寬度宜在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大1～3排樁。

3.2.6 砂石樁孔內(nèi)填料量應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，估算時(shí)可按設(shè)計(jì)樁孔體積乘以充盈系數(shù)。

3.2.7 樁體材料可用碎石、卵石、角礫、圓礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑等硬質(zhì)材料，含泥量不得大于5%，最大粒徑不宜大于50mm。

3.2.8 砂石頂部宜鋪設(shè)一層厚度為300mm～500mm的砂石墊層。

3.2.9 砂石樁復(fù)合地基的承載力特征值，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定。

3.2.10 砂石樁處理地基變形時(shí)，應(yīng)按規(guī)范中的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。

3.3 施工要點(diǎn)

砂石樁機(jī)包括樁基架、樁管及樁尖、提升設(shè)備、擠密裝置、上料設(shè)備及監(jiān)測(cè)裝置等部分。施工前，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行成樁試驗(yàn)，以此檢驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，確定施工工藝及施工控制要求，包括砂石量、提升速度、擠壓時(shí)間等。

以擠密樁為主的砂石樁施工時(shí)，應(yīng)間隔進(jìn)行，并宜由外側(cè)向中間推進(jìn)。對(duì)粘性土地基，砂石樁主要起置換作用，為了保證設(shè)計(jì)的置換率，宜從中間向外圍或隔排施工。在既有建筑附近施工時(shí)，為了減少對(duì)臨近既有建筑物的振動(dòng)影響，應(yīng)背離建筑物方向進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

在濕陷性黃土的處理過(guò)程中，應(yīng)仔細(xì)琢磨、因地制宜采取合適方法施工，提高從事處理濕陷性黃土工作隊(duì)伍的整體素質(zhì)，并且要注意環(huán)境，不能造成環(huán)境污染，廣泛發(fā)展適用于各地、各種條件下的處理方法，避免片面性。無(wú)論在路基施工還是地基施工過(guò)程中，只有對(duì)濕陷性黃土足夠重視，才能對(duì)路基結(jié)構(gòu)層或地基結(jié)構(gòu)層充分壓實(shí)，保證及延長(zhǎng)路基或地基的使用壽命。

TU475.3∶TU472

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2095-1809(2016)06-0049-03

梁 虎(1983.12-)，男，陜西榆林人，本科，工程師，項(xiàng)目部部長(zhǎng)。

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