韓自剛 張剛柱

(1.寧夏建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，寧夏銀川 750021;2.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏銀川 750021)

1 濕陷性黃土地基處理研究現(xiàn)狀

近些年來(lái)，隨著我國(guó)濕陷性黃土地區(qū)基本建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，建設(shè)用地日趨緊張，許多工程項(xiàng)目不得不建在深厚濕陷性黃土場(chǎng)地上。規(guī)范[1]中處理濕陷性黃土地基方法一般只能消除基底下15 m以內(nèi)地基土的濕陷性，截至目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)濕陷性黃土地基的處理方法做了深入研究，工程實(shí)踐已有幾十年，具體方法也很多，歸納起來(lái)其基本方法有以下幾種：

1)全部消除基礎(chǔ)以下黃土層濕陷性，其常用方法有墊層法(處理深度1～3 m)、強(qiáng)夯法(處理深度3～12 m)、擠密法(處理深度5～15 m)、預(yù)浸水法(處理深度6 m以上)[1-9]，這些方法常用來(lái)處理濕陷性厚度為15 m以內(nèi)的黃土層。

2)部分消除基礎(chǔ)以下黃土層濕陷性，根據(jù)建(構(gòu))筑物的重要性及分類，限定最小處理厚度，嚴(yán)格控制剩余濕陷量[1-2]。

3)基礎(chǔ)穿透濕陷性黃土層，傳力至可靠的持力層上，常用方法就是樁基礎(chǔ)，這種方法被廣泛應(yīng)用于比較重要的建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ)。

4)充分做好建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)的防水、結(jié)構(gòu)措施，使基礎(chǔ)下濕陷性黃土地基無(wú)法浸水，以達(dá)到避免地基濕陷的目的[1，3，10]。

5)孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法(DDC樁)，DDC樁作為一種新型地基處理方法，有利于增大樁與樁間土的摩阻力，提高黃土地基承載力，消除濕陷性，經(jīng)濟(jì)可靠[11-13]。

2 寧夏深厚濕陷性黃土概述

寧夏南部地區(qū)為濕陷性黃土地區(qū)，在行政區(qū)劃上包括固原、西吉、彭陽(yáng)、海原(東部)、同心等縣市。根據(jù)中國(guó)濕陷性黃土工程地質(zhì)分區(qū)略圖，均屬Ⅱ區(qū)，即隴東-陜北-晉西區(qū)，因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)β0=1.2[1，14]。該地區(qū)濕陷性土層厚度較大，以8～20 m為主，部分高階地地區(qū)濕陷土層厚度大于20 m，濕陷等級(jí)以Ⅲ～Ⅳ級(jí)[1]自重濕陷為主。

該地區(qū)濕陷性土層主要為淺層填土、新近堆積黃土和全新世黃土狀土。土層成份以粉土為主，粉質(zhì)黏土次之;顆粒成份以粉粒為主，其次為砂粒，黏粒含量較少。以海原縣鳳凰園巖土工程勘察數(shù)據(jù)為例，其粒徑組成份及各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)詳見(jiàn)表1。

表1 粒徑組成份及物理力學(xué)指標(biāo)

以上數(shù)據(jù)中，砂粒含量平均值較高，接近30%，這與我國(guó)黃土濕陷性由南向北遞減，砂粒含量遞增的規(guī)律相符。土層的天然含水量平均值較小，低于10%，與含水量越低，濕陷性越強(qiáng)烈的規(guī)律相符。濕陷性土層中，填土和新近堆積黃土的含水量在一般情況下低于平均值，濕陷性系數(shù)較大，壓縮性指標(biāo)較差，為高壓縮性土。

3 濕陷性地基處理原則分析

根據(jù)現(xiàn)行《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025—2004)，防止或減小建筑物地基浸水濕陷的設(shè)計(jì)措施，可分為下列3種：地基處理措施;防水措施;結(jié)構(gòu)措施[1]。

規(guī)范中的強(qiáng)制性條文規(guī)定，丙類建筑應(yīng)消除地基的部分濕陷量。

單純從地基處理角度考慮，將陷于安全性與經(jīng)濟(jì)性不能協(xié)調(diào)的困境中，在此需尋找困境中的突破方向。

為了彌補(bǔ)地基處理的不足，需在要綜合治理上進(jìn)行著力，以防水措施和結(jié)構(gòu)措施對(duì)地基處理不足進(jìn)行彌補(bǔ)，達(dá)到防止或減小建筑物地基浸水濕陷的目的。

4 綜合治理方案

4.1 該地區(qū)建筑特點(diǎn)

由于寧夏南部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較落后，大量住宅及公建以2～4層的丙類建筑為主，4層以上及高層建筑物較少。近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)水平和抗震設(shè)防要求的提高，建筑結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)成為主流趨勢(shì)。

相應(yīng)于深厚濕陷性黃土地基處理難度較大的問(wèn)題，此地區(qū)的低層建筑物地基處理矛盾尤為突出。由于濕陷性土層較為深厚，地基處理難度大，費(fèi)用高，已成為該地區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)的一大制約因素。

4.2 常規(guī)處理方案對(duì)比分析

根據(jù)現(xiàn)行《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025—2004)，當(dāng)?shù)鼗鶟裣莸燃?jí)為Ⅲ—Ⅳ級(jí)時(shí)，對(duì)多層建筑宜采用整片處理，地基處理厚度不應(yīng)小于3.0～4.0 m且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量單層及多層建筑均不應(yīng)大于200 mm[1]。

根據(jù)本地區(qū)濕陷土層的情況，最小處理厚度為基礎(chǔ)下(基礎(chǔ)埋深按1.50 m考慮)3.0～4.0 m時(shí)，下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量遠(yuǎn)大于200 mm。如地基處理方案達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于剩余濕陷量的要求，則處理深度經(jīng)常需要大于10 m，處理費(fèi)用極高，難以達(dá)到經(jīng)濟(jì)與安全的統(tǒng)一，部分地基處理方案的排除分析如下。

1)強(qiáng)夯法

該地區(qū)土層的天然含水量以低于和接近10%為主，濕陷土層厚度較大，根據(jù)規(guī)范要求和場(chǎng)地情況，宜分層強(qiáng)夯并宜采用增濕措施。

低含水量且未采用增濕措施的濕陷性黃土場(chǎng)地，采用強(qiáng)夯法處理地基，強(qiáng)夯后預(yù)計(jì)處理深度內(nèi)土層的濕陷性消除情況較差，影響深度較小，這在大量干硬性濕陷性黃土場(chǎng)地強(qiáng)夯處理地基檢測(cè)中以被證明。如采取增濕措施或分層強(qiáng)夯，施工周期長(zhǎng)，地基處理成本較高。

2)擠密法

采用此方案，布樁密度和處理深度均較大，部分地區(qū)采用當(dāng)?shù)貦C(jī)械尚達(dá)不到預(yù)計(jì)的處理深度。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，在不采取增濕措施的情況下，樁間土不易擠密，很難達(dá)到消除濕陷的預(yù)計(jì)處理效果，必要時(shí)，尚需采用預(yù)鉆孔以確保沉管達(dá)到預(yù)計(jì)深度。該方案增濕施工周期長(zhǎng)，地基處理成本高于強(qiáng)夯法。

3)預(yù)浸水法

本方案可消除6 m以下地基土的濕陷性[1]，但耗水量較大，周期很長(zhǎng)，且在浸水后，需待地基土含水量恢復(fù)至天然含水量后，在基礎(chǔ)施工前進(jìn)行補(bǔ)充勘察工作，重新評(píng)定地基土的濕陷性，并應(yīng)采用墊層或其它方法處理上部濕陷性黃土層。該方案也存在增濕施工周期很長(zhǎng)，綜合地基處理成本較高的問(wèn)題。

4)樁基礎(chǔ)

該地區(qū)濕陷性土層厚度較大，具自重濕陷性，在自重濕陷性場(chǎng)地在單樁承載力計(jì)算時(shí)，不計(jì)入樁側(cè)正阻力且尚應(yīng)扣除樁側(cè)負(fù)摩擦力，綜合考慮，單樁承載力設(shè)計(jì)值較低，尤其在10 m內(nèi)無(wú)密實(shí)非濕陷性土層時(shí)，在工程實(shí)踐中不宜采用。

在綜合考慮地基處理方案的可行性、施工成本和施工周期的情況下，對(duì)于低層建筑物，以上4個(gè)方案均不宜采用。若以其高額的地基處理費(fèi)用作為分子，低層相對(duì)較小的建筑面積作為分母，則單位建筑面積的處理費(fèi)用可達(dá)200～300元，建設(shè)和施工方均無(wú)法接受。

4.3 綜合治理方案的提出

針對(duì)本場(chǎng)區(qū)工程建筑物特點(diǎn)和場(chǎng)地土層特點(diǎn)，由筆者提議，寧夏住宅建設(shè)發(fā)展(集團(tuán))有限公司于2008年7月27日聘請(qǐng)了中國(guó)濕陷性黃土委員會(huì)的有關(guān)專家，勘察、設(shè)計(jì)單位和海原縣政府有關(guān)部門進(jìn)行了專門論證。論證結(jié)論肯定了該地區(qū)工程項(xiàng)目突破現(xiàn)行規(guī)范的必要性和可行性，建議結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，采用墊層法部分消除濕陷性，同時(shí)采取嚴(yán)格防水措施和結(jié)構(gòu)措施的綜合處理方案。

同年8月12日，由筆者牽頭組織，寧夏建筑施工圖審查中心的結(jié)構(gòu)、巖土專家，建設(shè)施工和設(shè)計(jì)單位代表對(duì)筆者推薦采用墊層法部分消除濕陷性，同時(shí)采取嚴(yán)格防水措施和結(jié)構(gòu)措施的綜合處理方案再次進(jìn)行了專題討論并形成了會(huì)議記要，本次專題會(huì)議確定的墊層法方案具體如下：

1)最小處理深度應(yīng)達(dá)到基礎(chǔ)下4.0 m，處理深度內(nèi)的表層耕土、新近堆積黃土(Q24)和勘察后基礎(chǔ)處理范圍內(nèi)填方形成的新填土均應(yīng)挖除或進(jìn)行有效處理。

2)應(yīng)采用整片墊層，其處理范圍應(yīng)大于建筑物底平面的面積，超出建筑物外墻基礎(chǔ)外緣的寬度，每邊不應(yīng)小于3 m。

3)應(yīng)在存在滲漏可能性較大的滲漏源與擬建物之間采取側(cè)向防滲措施，即在基礎(chǔ)外一定距離內(nèi)設(shè)置深度大于墊層處理深度的灰土側(cè)向防滲墻，墻體厚度按0.50 m考慮，灰土墻體上部與墊層做為一體。

4)墊層可分為素土部分和灰土部分，其壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.97;灰土墊層設(shè)置于墊層的上部，厚度不應(yīng)小于1.5 m;灰土墊層中的消石灰與土的體積配合比，在基礎(chǔ)下0.60～0.90m之間，應(yīng)采用3∶7，灰土墊層的下部可采用2∶8。在墊層施工前，先采用重型碾壓設(shè)備對(duì)開(kāi)挖平面以下的地基土進(jìn)行碾壓處理。

5)墊層承載力可按140 kPa考慮，必要時(shí)，可進(jìn)一步降低使用，盡可能減小基底附加應(yīng)力。

6)采用墊層法部分消除地基濕陷性時(shí)，嚴(yán)格防水措施和結(jié)構(gòu)措施應(yīng)按有關(guān)規(guī)范執(zhí)行，并應(yīng)在設(shè)計(jì)、施工、使用和維護(hù)中嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025—2004)。

采用上述多項(xiàng)措施綜合處理的墊層法部分消除濕陷性方案，可在具有較高安全保證的前題下，達(dá)到安全和經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)一的目的，可以在低層建筑中進(jìn)行工程實(shí)踐。

該方案中最小處理深度應(yīng)達(dá)到基礎(chǔ)下4.0 m，符合規(guī)范中強(qiáng)制性條文規(guī)定的丙類建筑應(yīng)消除地基的部分濕陷量的規(guī)定，僅在消除地基的部分濕陷量的程度上有目的地減少。

最小處理深度應(yīng)達(dá)到基礎(chǔ)下4.0 m時(shí)，處理范圍內(nèi)的墊層在增大地基基礎(chǔ)剛度的同時(shí)，作為防水措施的主體，結(jié)合整片墊層增大外放最小寬度、側(cè)向防滲措施、設(shè)計(jì)和使用中的嚴(yán)格防水措施等，可有效減少地基浸水的概率。

方案中填土、新近堆積黃土等高壓縮性土層均應(yīng)挖除或進(jìn)行有效處理，對(duì)基礎(chǔ)下土層存在的濕陷性和壓縮性均進(jìn)行了考慮。

除了消除部分濕陷量和采取防水措施外，結(jié)構(gòu)措施主要考慮了采用較低的墊層承載力，適當(dāng)減小附加應(yīng)力，在發(fā)生浸水濕陷時(shí)，最大限度地減少沉降量。另外建議根據(jù)規(guī)范規(guī)定采取必要的建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，排水、隔水結(jié)合，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性與上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)剛度。

5 結(jié)語(yǔ)

到目前為止，寧夏南部地區(qū)已有部分建筑物采用此地基處理方案。該方案以綜合治理的角度出發(fā)，避開(kāi)地基處理的難點(diǎn)，強(qiáng)化防水措施和建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，是一種安全性與經(jīng)濟(jì)性相協(xié)調(diào)的處理方案。

作為一名巖土工程師，深刻體會(huì)到現(xiàn)行規(guī)范的指導(dǎo)性、約束性和工程實(shí)踐中的創(chuàng)新與突破應(yīng)該是和諧統(tǒng)一的，突破后采取相應(yīng)的措施是必要的。