宋平平（北京桑德環(huán)境工程有限公司 北京 101102）

0 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，建筑工程數(shù)量越來越多，分布越來越廣，遇到的地質(zhì)條件也越來越復(fù)雜。其中黃土就屬于特殊類型的土質(zhì)，其在我國分布范圍比較廣，覆蓋面積多達(dá)60多萬km2[1]，尤其是在西北地區(qū)，濕陷性黃土的分布非常明顯，所以在這類地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，首先就要采取措施除去黃土可能存在的安全隱患。

1 濕陷性黃土形成原因與特征

1.1 濕陷性黃土形成原因

濕陷性黃土是指在覆蓋土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，受水浸濕后土層結(jié)構(gòu)破壞，并產(chǎn)生明顯的附加沉降的黃土[2]。有研究表明[3]，黃土濕陷的問題主要發(fā)生在降水很少的干旱和半干旱地區(qū)。而黃土產(chǎn)生濕陷的最主要的原因是土質(zhì)含水率，影響含水率的因素有：大氣降水，生產(chǎn)和生活用水滲入地下，管道漏水，地下水位上升等。

1.2 特征

濕陷性黃土通常為黃褐，褐黃，灰黃，棕黃等顏色，含鹽量較大，特別是碳酸鹽含量突出，粉土顆粒含量居多，具有大孔性，呈松散結(jié)構(gòu)狀態(tài)，無層理，在天然剖面上，具有垂直節(jié)理，遇水易發(fā)生濕陷[4]。我國濕陷性黃土主要分布在西北、東北、華中和華東部分地區(qū)。

由于濕陷性黃土地基具有濕陷的特性，如在未經(jīng)處理的地基上進(jìn)行建設(shè)，很容易造成建構(gòu)筑物的不均勻沉降，甚至可能產(chǎn)生傾斜乃至倒塌。因此改善濕陷性黃土的性狀，降低土的不穩(wěn)定性，防止其濕陷的發(fā)生，部分甚至全部消除黃土濕陷性的危害，具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。

2 處理方法及適用條件

防止?jié)裣菪渣S土地基濕陷的措施，可分為地基處理措施、防水措施和結(jié)構(gòu)措施三種[5]?！稘裣菪渣S土地區(qū)建筑規(guī)范》（以下稱‘規(guī)范’）的精神是“以地基處理為主，防水措施和結(jié)構(gòu)措施為輔的原則設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)”[6]。因此在實(shí)際工程中應(yīng)強(qiáng)調(diào)地基處理為主的綜合措施。

常見的地基處理方法有墊層法、強(qiáng)夯法、擠密法、預(yù)浸水法和樁基礎(chǔ)等。實(shí)際運(yùn)用時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑物的類別、濕陷性黃土的特性，并考慮施工條件、材料來源，結(jié)合各地的經(jīng)驗(yàn)，最終經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較后合理選用。

2.1 墊層法

墊層法包括素土墊層和灰土墊層，在濕陷性黃土地區(qū)使用較廣泛，經(jīng)濟(jì)處理深度一般為3m以下。墊層法主要用于丙類建筑物，處理后大多能消除地基土的部分濕陷。其優(yōu)點(diǎn)是取材方便，施工質(zhì)量容易控制，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；缺點(diǎn)是開挖面積大，且受天氣影響，處理深度超過3m時(shí)很不經(jīng)濟(jì)，其處理深度有一定的局限。

2.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法用于地下水位以上，飽和度≤60%的濕陷性黃土局部或整片處理，處理深度為3～12m。其特點(diǎn)是：原位處理無需置換，節(jié)省勞力，機(jī)械化程度高，施工速度快，尤其在中低能量（3000KN/m強(qiáng)夯能級(jí)以下）表現(xiàn)特別出色。但工程中高能量強(qiáng)夯（3000KN/m強(qiáng)夯能級(jí)以上）具有以下缺點(diǎn)：施工緩慢、效率較低、費(fèi)用較高，同等強(qiáng)夯能級(jí)下處理不同土類深度差異較大，且含水率對施工質(zhì)量亦有很大影響，故使用相對較少?，F(xiàn)實(shí)際工程中使用最廣泛的是1000~3000KN.m強(qiáng)夯能級(jí)，處理厚度3.5~6.5m，處理效果比較穩(wěn)定，費(fèi)用也相對經(jīng)濟(jì)[7]。

2.3 擠密法

擠密法用于處理地下水位以上的濕陷性黃土，地基土的含水量需介于12%~24%，飽和度≤65%，處理深度為5～15m。該處理方法包括土擠密樁、灰土擠密樁、孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法（DDC樁）[8]、夯實(shí)水泥土樁等。樁體材料可以是素土、碴土、碎石或灰土（二灰土、三合土、水泥土、粉煤灰）等。擠密樁具有以下特點(diǎn)[4]：消除黃土的濕陷性較顯著；樁與樁間土組成的復(fù)合地基能充分發(fā)揮樁土作用；施工方便，質(zhì)量容易掌握；經(jīng)過時(shí)間的檢驗(yàn)地基的穩(wěn)定性非常好；經(jīng)濟(jì)效益顯著，工期較短。選用何種樁體材料，應(yīng)根據(jù)地基處理的目的和要求選用便于取得的材料。

2.4 預(yù)浸水法

預(yù)浸水法適用于地基濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)或Ⅳ級(jí)的自重濕陷性黃土場地，可消除地面下6m以內(nèi)濕陷性黃土層的全部濕陷性。工程實(shí)踐證明，當(dāng)場地的濕陷性黃土層大于10m，或自重濕陷量的計(jì)算值大于500mm時(shí)候，使用浸水法可消除地面以下6m范圍內(nèi)的全部濕陷性。預(yù)浸水法具有操作簡便，處理范圍廣、深度大，投入低產(chǎn)出高等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是工期長、耗水量大，對周邊臨近的建構(gòu)筑物的距離有一定要求，而且浸水結(jié)束后，應(yīng)在基礎(chǔ)施工前進(jìn)行補(bǔ)充勘察，重新評定場地的濕陷性。

2.5 樁基礎(chǔ)

當(dāng)采用地基處理措施不能滿足設(shè)計(jì)要求的建筑，或經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析比較，采用地基處理不合理的建筑，宜采用樁基礎(chǔ)。適用的樁基礎(chǔ)有灌注樁和預(yù)制鋼筋混凝土樁。樁基礎(chǔ)的選擇應(yīng)根據(jù)工程要求、土質(zhì)情況、施工條件等因素綜合確定。

3 工程案例

下面針對實(shí)際的工程案例進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)規(guī)范并結(jié)合各種處理方法的特點(diǎn)，選擇適合的地基處理方案，對場地的濕陷性黃土進(jìn)行處理。

3.1 工程概況

陜西省韓城市某污水處理廠二期項(xiàng)目二沉池，位于韓城市太史大街東延，某污水處理廠內(nèi)，地面標(biāo)高介于99.08~99.72m之間，高差0.64m，場區(qū)±0.000對應(yīng)絕對標(biāo)高為100m。場地地貌單元屬黃河Ⅱ級(jí)階地?？碧狡陂g未見地下水。二沉池外壁直徑26.8m，共兩個(gè)，左右對稱布置，占地面積：1260.26㎡，二沉池底板埋深為地下-3.0m（絕對標(biāo)高為97m），為筏板基礎(chǔ)，基底壓力不超過120KPa。根據(jù)該污水處理廠規(guī)模，按照規(guī)范規(guī)定，屬于乙類建筑。

3.2 工程地質(zhì)條件

擬建場地為自重濕陷性黃土場地，地基濕陷性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，場地土層分布及特征見表1。

表1 場地土層分布及特征表

3.3 地基處理方案及設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)地勘資料顯示，二沉池底板坐落在第3層黃土層上，該土層具有濕陷性。根據(jù)規(guī)范條文可知，該黃土場地最小處理厚度不應(yīng)小于濕陷性土層深度的2/3，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于150mm。

根據(jù)地勘報(bào)告，二沉池所在總圖平面位置的地勘點(diǎn)為ZK32~ZK34，ZK37~ZK39，ZK42~ZK44，ZK47~ZK49，共12個(gè)孔點(diǎn)的剖面圖顯示，底板下該黃土層厚度介于10.3~11m之間，則需要處理的最小厚度應(yīng)為2h/3，即7.33m，底板以下需要處理的厚度需大于6m，再根據(jù)另一邊界條件“下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于150mm”，計(jì)算各點(diǎn)滿足要求的深度，取處理深度底標(biāo)高最小值90.18后，最終確定了擠密樁處理深度應(yīng)至底板下6.8m。各點(diǎn)計(jì)算深度值見表2。

表2 各孔點(diǎn)處理深度計(jì)算表

該工程地基處理以消除地基土的濕陷性為主要目的，同時(shí)增強(qiáng)其水穩(wěn)定性，結(jié)合第2部分給出的處理方法，選擇了3種方案進(jìn)行比選，一是灰土擠密樁、二是預(yù)浸水法、三是強(qiáng)夯法?？紤]到該項(xiàng)目建構(gòu)筑物占地面積約1.0萬m2，且工期很緊，如采用預(yù)浸水法，根本無法保證工期，且本次新增加的單體，與原廠區(qū)既有建構(gòu)筑物間距不能滿足50m要求，因條件限制無法采用預(yù)浸水法；對于強(qiáng)夯法，因廠區(qū)單體下需處理的地基厚度深淺不一，考慮到該方法處理厚度超過6m時(shí)效果不穩(wěn)定，故放棄采用該法，最終確定采用灰土擠密樁法，對新建廠區(qū)地基統(tǒng)一進(jìn)行處理。

為節(jié)約資源并盡可能的降低造價(jià)，灰土擠密樁的樁身材料就地取材，采用原土過篩就地拌合2∶8灰土，具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下：樁徑采用400mm，樁孔呈正三角形布置，樁間距為1200mm，樁排距為1040mm，樁頂標(biāo)高以上設(shè)置300mm厚的3∶7灰土褥墊層，有效樁長為6.4m。處理范圍為基底外邊緣各向外2m。

3.4 成樁試驗(yàn)檢測及施工注意事項(xiàng)

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，地基處理施工前，需進(jìn)行成樁試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)取得相應(yīng)的參數(shù)后再進(jìn)行地基處理施工。

相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)[9-10]要求如下：樁間土平均擠密系數(shù)不宜小于0.93、最小擠密系數(shù)ηdmin不宜小于0.88、樁身土平均壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)低于0.97、復(fù)合地基承載力特征值fspk≥160kPa、樁間土濕陷性應(yīng)消除。

3.5 其他措施

對于乙類建筑，除了進(jìn)行地基處理以外，還應(yīng)采取必要的防水措施和結(jié)構(gòu)措施。因此該工程在二沉池外池壁圓周四分點(diǎn)處設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，要求在施工和使用期間進(jìn)行沉降觀測。同時(shí)在二沉池四周設(shè)置1.5m寬散水防止地面水的滲透。

4 結(jié)語

所結(jié)合的韓城市某污水處理廠工程實(shí)例，是在濕陷性地基上進(jìn)行的工程建設(shè)，采用的灰土擠密樁在實(shí)際工程中亦得到廣泛的應(yīng)用，具有施工簡便、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，所給的設(shè)計(jì)方案希望對工程設(shè)計(jì)人員有一定的參考價(jià)值。