辛愛華（甘肅建苑建筑設(shè)計院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

一般情況下，黃土在內(nèi)部附加應(yīng)力和其上部覆蓋層的重力作用下，水會破壞黃土內(nèi)部的機構(gòu)，導(dǎo)致下沉現(xiàn)象，減少黃土強度。并不是所有的黃土都具備濕陷性的特征，具有濕陷性的黃土一般都是距離地表較近的黃土土質(zhì)類型，大約為幾十米。同時黃土的濕陷性特征是導(dǎo)致其發(fā)生變形的重要原因，很容易造成地基沉降和變形、地面開裂等嚴(yán)重問題，在上部建造的建筑物安全也會受到影響。由此在濕陷性黃土地質(zhì)區(qū)域建設(shè)高層建筑期間，一定要嚴(yán)格勘測當(dāng)?shù)氐牡鼗卣鳎治鳇S土的類型和強度，選擇合適的地基處理方法，進而減少黃土濕陷性特征，提升建筑物建設(shè)的穩(wěn)定性。

1 影響黃土濕陷性的相關(guān)因素

1.1 黃土微粒的影響

在黃土微粒中，其所含有的微粒含量和膠結(jié)作用呈現(xiàn)的是正比關(guān)系。黃土表現(xiàn)出濕陷性特征主要是微粒含量少，粒徑在2μm以下顆粒含量少就可導(dǎo)致濕陷性黃土的出現(xiàn)，并且如果微粒數(shù)量少，其內(nèi)部也不能產(chǎn)生立體鑲嵌的形式，整個結(jié)構(gòu)膠結(jié)強度也會隨之降低，造成較為嚴(yán)重的濕陷性狀況。

1.2 可溶鹽的影響

目前所了解的黃土地質(zhì)類型中，易溶鹽和難溶鹽屬于其熔鹽的主要成分，二者和黃土內(nèi)部水分量存在著直接的關(guān)系。如果黃土內(nèi)部水分含量少，那么此時易溶鹽會以固態(tài)的形式呈現(xiàn)，以骨架支撐的形式提升黃土內(nèi)部的強度。此時的黃土強度也會隨之提升[2]。隨著黃土內(nèi)部水分含量的提升，表現(xiàn)出極強的濕陷性特征，此時難溶鹽會增強膠結(jié)的作用，以骨架支撐的方式提升黃土強度。如果難溶鹽在黃土內(nèi)部的含量較高，那么黃土則不會出現(xiàn)十分明顯的濕陷性特征。

1.3 含水率的影響

在黃土地質(zhì)情況下，如果其本身天然的含水量較低，在吸水之后就會產(chǎn)生較大的形變，此時黃土濕陷性較弱[3]。在天然狀態(tài)下如果黃土含水量高，此時其內(nèi)部應(yīng)力會保持長期平衡的狀態(tài)，降低濕陷性。如果其含水量超出25%，并且黃土高度低于地下水位，也不會出現(xiàn)十分明顯的濕陷性特征。

1.4 干重度的影響

黃土孔隙狀況可被表示為干重度。干重度與黃土濕陷性程度成反比，即干重度越大，孔隙越小，黃土吸水性弱，其本身的濕陷性也不會十分明顯[4]。

2 工程概況

A市人民醫(yī)院拆遷改建項目，其中住院部共設(shè)計地上14層，地下1層，總高度為54.95m，建筑面積為48620m2，整體結(jié)構(gòu)選擇框架--剪力墻。本建筑設(shè)計抗震防裂度為8度，基本地震加速度值為0.20g，場地為Ⅱ類，特征周期為0.40s。該建筑地基的基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，建筑物設(shè)計標(biāo)高±0.000表示黃海高程系統(tǒng)的絕對標(biāo)高，具體數(shù)值為1810.00m。

3 施工區(qū)域地層勘測描述

該工程建設(shè)區(qū)域為人民醫(yī)院的南側(cè)，場地地貌的單元屬于清水河三級階地。擬建場地本身具有較大的起伏，中部具有沖溝，方向為西南→東北，寬度為35.0m～55.0m，底部的標(biāo)高為1800.08m～1801.45m，深度為6.0m～10.0m，長度為300m。在沖溝的兩側(cè)存在多個窯洞，目前還沒有發(fā)現(xiàn)存有地下空洞等不良的工程地質(zhì)狀態(tài)。在溝內(nèi)含有直徑為10cm～12cm的樹木幾百顆。

在本次工程建設(shè)中，最大的勘測深度為30.5m，自上而下分為四層，每一層的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示，其中該場地屬于非液化場地的形式。

表1 地基土層結(jié)構(gòu)和承載力標(biāo)準(zhǔn)值等指標(biāo)統(tǒng)計

4 施工區(qū)域土層濕陷性評價

結(jié)合《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）中國濕陷性黃土工程地質(zhì)分區(qū)略圖可以明確，該地質(zhì)屬于Ⅱ區(qū)，場地內(nèi)的第①層素填土和第②層黃土狀粉土在自然地面以下到0.0～17.5m的范圍內(nèi)具備一定的濕陷性，濕陷系數(shù)δs=0.015～0.150，濕陷性表現(xiàn)為輕微→強烈，中等為主。自重的實現(xiàn)系數(shù)為δs=0.016～0.112，最大的濕陷深度為17.5m，經(jīng)過相關(guān)計算，可得出總濕 陷 量 為：Δs=24.0mm～846.0mm，自 重 的 濕 陷 量Δzs=26.4mm～666.5mm。濕陷等級總體為Ⅰ級非自重濕陷→Ⅳ級自重濕陷，結(jié)合綜合判斷，該場地為Ⅳ級自重濕陷性場地特征。結(jié)合建筑規(guī)范可將擬建的住院部建筑歸結(jié)為乙類建筑形式。

5 地基基礎(chǔ)方案的選擇與設(shè)計

5.1 廠區(qū)的中部沖溝處理

擬建場地的沖溝方向為西南→東北，且擬建的住院部、培訓(xùn)中心和單身樓等均部分建設(shè)在沖溝之上。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，建筑物不適宜在溝坎上建設(shè)，而這種部分建設(shè)在溝里會導(dǎo)致不均勻沉降的發(fā)生，建筑物容易發(fā)生開裂的現(xiàn)象。該施工場地所在區(qū)域?qū)儆跐裣菪渣S土地區(qū)，住院部設(shè)計為高層建筑，該建筑形式本身荷載較大，且重要性等級較高。另外，醫(yī)院用水量較大，如果在醫(yī)院運行期間發(fā)生管道或者是管溝漏水等問題，會加劇裂縫裂開的速度。為避免建筑物不均勻沉降所造成的裂縫形式，保障建筑物的穩(wěn)定與安全，需要對沖溝實施科學(xué)處理。另一方面，地基處理周期相對較長，具有較大的安全隱患，所投入的資金量較多，因此需要制定切實可行且經(jīng)濟性較高的處理方案。

經(jīng)過相關(guān)專家組討論，最終決定：

（1）先遷移溝內(nèi)的樹木，并全面挖除溝內(nèi)存在的雜填土和素填土以及存留的樹根，并挖除沖溝側(cè)壁的窯洞。在對窯洞進行開挖期間，需要采取放坡等形式，利用素土分層進行沖擊和碾壓，直到基底標(biāo)高的1.5m以上位置。隨后利用沖擊碾壓的方法進行填土作業(yè)，沖擊勢能保持在15kJ～25kJ之間，每一層所鋪筑的填土不可高于600mm的厚度，每一層壓實的次數(shù)不可少于20次。且保障回填土能夠搭接周邊的原土層，最大厚度為9.1m，隨后對整片區(qū)域進行強夯處理。

（2）整片區(qū)域的強夯作業(yè)范圍包含沖溝兩邊的建筑物基礎(chǔ)下的濕陷性黃土和沖溝內(nèi)部，在此期間，需要保障處理面積和寬度高于建筑物底層與外墻的范圍和寬度，且被處理的土層厚度需要高于每一遍處理的厚度。

（3）使用強夯法進行地基基礎(chǔ)施工作業(yè)期間，黃土含水量是其重點關(guān)注的內(nèi)容。如果黃土自身天然的含水量低于10%，那么根據(jù)地區(qū)和工程經(jīng)驗，這種情況下不可能出現(xiàn)極佳的夯實效果，同時有效消除濕陷性的深度也會隨之減小。經(jīng)過勘察本次擬建的廠區(qū)內(nèi)上部濕陷性黃土含水量為12%，已經(jīng)接近10%的臨界值，因此采取強夯法來對其有效深度進行處理，結(jié)合預(yù)估值給出其范圍值的最小值8.0m～8.5m。在此期間需要注意的是，強夯工作流程和夯擊能量傳遞會受到夯點布置的影響。因此，在實際施工前需要在施工區(qū)域選擇一塊代表性的地方進行強夯作業(yè)的試驗工作，結(jié)合結(jié)果來選擇合適的強夯方案。隨后試驗完畢后，需取出土樣將其拿到實驗室再次進行試驗，土樣的選擇需要在夯擊終止區(qū)域面下面的8.5m深度部位，且土樣取出的間距需保持在0.5m～1.0m之間。實驗的目標(biāo)就是了解土體的各項指標(biāo)，如干密度、濕陷系數(shù)或者是壓縮系數(shù)等。

（4）最終的強夯作業(yè)方案需要在所有試驗結(jié)束之后確定。在第一遍夯擊期間，夯擊點需選擇在夯錘直徑2.5倍的位置，以后的每一遍夯擊間距都可適當(dāng)縮小。次數(shù)暫定為5遍點夯（夯擊能為：8000kN·m），隨后利用2遍滿夯（夯擊能為：4000kN·m）進行施工，滿夯一般都會采用輕錘或者是低落距錘的方式實施，保持錘印的搭接。

（5）在強夯結(jié)束之后需要進行三次檢測，每次平均布置人工探井3個，探井的深度為10m。本次實驗結(jié)果顯示出：第一次有兩個探井濕陷性系數(shù)小于0.015，這表示這兩個區(qū)域內(nèi)8.5m以上的土層濕陷性已經(jīng)被消除；1個探井6.5m以上的濕陷性系數(shù)小于0.015，表示為非濕陷性黃土，這表示在6.5m以上的土層濕陷性已經(jīng)被消除。其中6.5m～8.5m的濕陷性系數(shù)大于0.015，為Ⅰ級非自重濕陷性的黃土地質(zhì)，也表示該范圍內(nèi)的土層并未消除濕陷性。第二次3個探井的濕陷性系數(shù)均小于0.015，表示為非濕陷性黃土，也就是8.5m以上的土層濕陷性已經(jīng)完全被消除。第三次和第二次的結(jié)果相同。

5.2 住院部地基基礎(chǔ)方案實施

對廠區(qū)內(nèi)的沖溝按照上述方法來進行回填，并且在強夯作業(yè)之后考慮到部分基礎(chǔ)位于原來的土層之上，部分位于沖溝的位置，本身沖溝內(nèi)有著較厚的填土，在施工處理之后填土和原土部分承載力和濕陷性的差異都相對較大，并且在地基以下的“臥層”都出現(xiàn)不均勻的情況，這樣的問題很容易使建筑物在使用期間發(fā)生開裂的問題。所以結(jié)合該現(xiàn)狀分析，最終選擇樁筏基礎(chǔ)來設(shè)計該工程地基。而樁筏基礎(chǔ)的施工方法主要包含人工挖孔和旋挖法設(shè)計。但是由于人工挖孔本身存在一定的危險性，因此決定選擇旋挖鉆機的機械成孔形式作為本次設(shè)計基本方法。

（1）鉆機進場前認(rèn)真清除地表植被、雜物、積水、更換淤泥，夯填密實，在樁位位置鋪設(shè)一層碎石，保證鉆機停位水平、穩(wěn)定，以免產(chǎn)生不均勻沉陷。

（2）護筒采用10mm厚鋼板卷制，內(nèi)徑1.4m（樁徑1.2m），內(nèi)徑1.7m（樁徑1.5m），內(nèi)徑2.0m（樁徑1.8m），每節(jié)高2.0m。埋設(shè)時護筒高出原地面30cm，要求鋼護筒能耐拉、耐壓、不漏水，灌注混凝土后立刻拆除。護筒埋設(shè)時要準(zhǔn)確、穩(wěn)定，護筒平面位置偏差不得大于50mm，護筒的傾偏差不得大于1%。

（3）制備泥漿的基本原料是優(yōu)質(zhì)膨土。其配制比例是水100%。膨潤土6%～8%，5%碳酸鈉（純堿），0.3的纖維素,調(diào)制化學(xué)泥漿。泥漿相對密度g/cm3：1.03～1.08；粘度（Pa.s）：19～28；含砂率：無；膠體率≥96%；失水率（m1/30min）：≤15：泥土厚（mm/30min）：≤2；靜切力（pa）：3～5；酸堿率（pH）：8～10。制漿前，應(yīng)先把膨潤土塊盡量打碎，使其在攪拌中易于成漿，縮短攪拌時間，提高泥漿質(zhì)量。

（4）首先進行鉆頭對中孔位，人工依據(jù)樁位十字線，使鉆頭尖與十字線中心對中，調(diào)整桅桿豎直度及鉆機機身水平。在鉆進過程，對于砂性土層及砂層，直接用旋挖筒鉆進、取渣，遇到石層及卵礫層時，先用螺旋鉆頭將其攪拌，再用旋挖筒取渣。由于鉆渣可直接用旋挖筒提取，所以僅用靜態(tài)泥漿護壁，這樣大大減少了泥漿用量，鉆渣可用裝載機車外運。旋挖鉆機操作室中有深度顯示儀，達(dá)到設(shè)計深度后，用測繩復(fù)測，這樣可以控制孔深。另外,旋挖筒取渣干凈，如果控制好泥漿比例與黏度，在灌注混凝土前可將沉淀厚度控制在15cm以內(nèi)。在鉆進過程中若遇跑漿，可直接加膨潤土于孔內(nèi)，用旋挖機旋挖筒下入孔內(nèi)跑漿位置反轉(zhuǎn)不進尺，邊加邊攪直到不漏漿為止。

6 結(jié)語

綜上所述，基于本案例的探究與分析，可以明確的是，濕陷性黃土本身缺乏一定的強度，因此在建筑建設(shè)期間需要選擇合適的方法消除黃土地區(qū)的濕陷性，進而保持建筑物的穩(wěn)定性。