上海输能电力工程有限公司 上海 200023
摘要：主要论述了湿陷性黄土的特点及湿陷性黄土地基处理的经验方法,根据建筑的类别、湿陷性黄土的厚度等级, 提出了湿陷性黄土地基的几种处理方法, 并论述了各种处理方法的选用原则、适用范围及处理效果等, 并结合一个工程案例，从勘察-设计-施工具体阐述了湿陷性黄土处理方法。
1湿陷性黄土概述
黄土是在干旱气候条件下形成的特种土, 一般为浅黄、灰黄或黄褐色, 具有目视可见的大孔和垂直节理。黄土在一定压力(土自重或自重压力和外压力)作用下, 受水浸湿后结构迅速破坏而发生的显著下沉现象, 称之为湿陷。具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土。湿陷性黄土约占中国黄土分布面积的60 %, 主要分布于黄河中、下游地区, 厚度最大达30 m 左右, 并具有自东向西、自南向北其湿陷性逐渐加剧的规律。
湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。现行《湿陷性黄土地区建筑规范》对湿陷性黄土从工程角度作了明确划分, 将湿陷系数δs ≥0.015 的黄土定义为湿陷性黄土, 同时将实测或计算自重湿陷量大于70mm 的湿陷性黄土定义为自重湿陷性黄土, 将实测或计算自重湿陷量不大于70 mm 的湿陷性黄土定义为非自重湿陷性黄土, 并将黄土的湿陷等级划分为轻微(Ⅰ 级)、中等(Ⅱ 级)、严重(Ⅲ 级)、很严重(Ⅳ 级)4 个级别。
2湿陷性黄土地基常规处理方法
在湿陷性黄土地基上进行建筑时, 必须弄清地基的湿陷类型和湿陷程度。对于非自重湿陷性黄土地基, 设计时可将建筑物的荷载与上覆土重之和控制在湿陷起始压力以内,这样可以使建筑物地基遇水时不致产生湿陷。当湿陷起始压力过小而难以满足上述要求时, 或者在自重湿陷性黄土地基上进行建筑时, 则要根据建筑物的重要性和地基的湿陷等级采取相应的地基处理、防水和结构等措施。
具体处理方法也非常多,在不同的地区, 根据不同的地基土质和不同的结构物, 地基处理应选用不同的处理方法。所采用的有垫层法、强夯法、灰土桩挤密法、深层搅拌桩法等。
2.1垫层法
垫层法是先将基础下的湿陷性黄土一部分或全部挖除, 甲类建筑在自重湿陷性土场地应全部消除湿陷性黄土层；乙类建筑在自重湿陷性黄土场地不应小于湿陷性土层深度的2/3；丙类建筑在自重湿陷性黄土场地, 地基处理厚度不应小于2.5 m。垫层的设计主要包括垫层的厚度、宽度、夯实后的压实系数和承载力设计值的确定等方面。垫层设计的原则是既要满足建筑物对地基变形及稳定的要求, 又要符合经济合理的要求下处理1 m～ 3 m湿陷性黄土的湿陷量, 宜采用局部或整片土垫层进行处理。
2.2重锤表层夯实及强夯
重锤表层夯实适用于处理饱和度不大于60%的湿陷性黄土地基。一般采用2.5 t～ 3.0 t的重锤, 落距4.0 m～ 4.5 m, 对表面松土满夯2击～ 3击, 可消除基底以下1.2 m～ 1.8 m黄土层的湿陷性。在夯实层的范围内, 土的物理、力学性质获得显著改善, 平均干密度明显增大, 压缩性降低, 湿陷性消除, 透水性减弱, 承载力提高。设备简单, 原理直观, 适用广泛, 特别是对非饱和土加固效果显著。这种方法加固地基速度快, 效果好, 投资省, 是当前最经济简便的一种方法, 非自重湿陷性黄土地基, 其湿陷起始压力较大， 当用重锤处理部分湿陷性黄土层后, 可减少甚至消除黄土地基的湿陷变形。因此在非自重湿陷性黄土场地采用重锤夯实的优越性较明显。
2.3挤密桩法
挤密桩地基的加固作用主要是增加土的密实度, 降低土中孔隙率, 从而达到消除地基湿陷性和提高水稳性的工程效果。挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基, 常用的布桩方式有两种：1)按三角形布桩；2)将桩布置成正方形。在实际施工中, 也有按梅花形布桩的。梅花形布桩, 实质上是沿45°斜线布置的方形桩, 所以与正方形布桩并无本质上的差别。
在湿陷性黄土地基处理中, 灰土桩法能有效地消除大厚度黄土的湿陷性, 灰土桩与挤密土一起构成灰土桩复合地基, 提高了地基强度, 减少了地基变形, 改善了黄土地基的工程特性。
2.4化学加固法
在我国湿陷性黄土地区地基处理应用很多, 并取得实践经验的化学加固法包括硅化加固法和碱液加固法, 其适用于加固地下水位以上, 渗透系数为0.5 m/d～ 2.0 m/d的湿陷性黄土地基。对酸性土和渗入沥青油脂及石油化合物的地基土不宜采用。
3本工程地勘资料和设计资料
3.1 地基土构成及岩性特征
根据本工程地勘报告，场地地基土自上而下可划分为5层，现依层序分述如下：
第①层 湿陷性粉土（Q42el+dl）：褐黄色，稍湿，稍密，含有云母、氧化物等；土质均匀；混有粉细砂，夹有零星碎石；无光泽反应，摇振反应中等，干强度及韧性低。湿陷程度中等~强烈，自重湿陷系数δzs为0.004~0.030，湿陷系数δs为0.091~0.141。
第②层 湿陷性粉土（Q4el+dl）：褐黄色，稍湿，稍密，含有云母、氧化物等；土质均匀；混有粉细砂，夹有零星碎石；无光泽反应，摇振反应中等，干强度及韧性低。湿陷程度中等~强烈，自重湿陷系数δzs为0.017~0.067，湿陷系数δs为0.021~0.091。
第③层 砂岩（J2）：褐黄色，全风化~强风化，矿物成分以石英、长石为主；碎裂状结构，块状构造，岩芯呈破碎状，属软岩；岩石质量基本等级为Ⅴ级。
第④层和第⑤层 砂岩（J2）：褐黄色，矿物成分以石英、长石为主；块状结构，块状层理构造，基岩裂隙发育，岩芯较完整呈短柱状，属软岩；岩石质量基本等级为Ⅳ级。
3.2 地基湿陷性评价
据室内湿陷性试验结果，湿陷土层为第①、②层湿陷性粉土，自重湿陷系数δzs为0.004~0.067，湿陷系数δs为0.021~0.141；湿陷系数随深度增加而减小，起始湿陷压力为23~133kPa。按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），自重湿陷量自自然地面算起，湿陷量计算值自建筑物基础底面标高算起，拟建场地预估基底标高为1519.36m，各探井湿陷性评价结果见下表。
根据上表湿陷性结果计算表可知，综合《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）表4.4.7可知，本工程拟建场地可按Ⅲ级（严重）自重湿陷性场地考虑。
3.3 地基处理建议
根据场地岩土工程条件及建筑物的重要性，从地基稳定性、承载力能力，控制不均匀沉降及施工工期，施工难度，工程造价，使用功能等方面分析比较：根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）6.1.5条，当地基湿陷等级为Ⅲ级时，宜采用整片处理，地基处理厚度不应小于3m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于200mm。本工程建议采用灰土挤密桩进行地基处理，宜采用正三角形布桩，桩径400~500mm，桩距为2.0~3.0倍的桩径；地基处理后建议在桩顶铺设0.3~0.6m厚3:7灰土垫层，分层夯实后压实系数不小于0.95；本工程地基土含水量≤10%，宜采取增湿措施，以达到提高挤密法的处理效果。具体桩参数应由设计单位通过试桩后确定。
3.4 本工程设计方案
各设备基础及预制舱地基处理采用灰土挤密桩。桩径400mm，均采用正三角形布桩，桩中心距1.2米，桩长见平面布置图所示。需要处理的地基，局需要扩边（图中未示出），当桩长小于5米时，地基处理边界扩出相应基础尺寸的1/4，当桩长大于等于5米时，需要扩出相应基础尺寸的3/4，当扩出线重合时，重合区域采用两边桩长的平均值。
桩顶标高为各设备基础和预制舱基础底以下500mm，桩顶与基底之间铺设500mm厚3:7灰土垫层，分层压实后压实系数不小于0.95，本工程含水量小于10%，需采取增湿措施，以提高挤密法的处理效果。
4 现场施工方案
4.1 施工流程
4.2 具体施工步骤
①成孔：成孔顺序从内向外，隔孔跳打进入第一遍成孔，成孔深度根据图纸确定，孔径Ф400，成孔时专人做好记录，自检并经监理验收后，紧跟着进入第一遍的三七灰土夯填。
②成桩：桩孔填料采用三七灰土，土料使用粘性土，过筛后粒径不大于15㎜；石灰选用Ⅲ级以上新鲜块灰，使用前1-2天浇水充分消解并过筛，颗粒直径应小于5mm，不含未熟化生石灰块。灰土配合比按设计要求采用机拌。经试验确定土料合理含水率，该含水率能使经拌合后的灰土基本达到最佳含水率的要求。每天施工前核定土的含水率是否为合理值，以保证拌和后灰土的含水量接近最佳含水量。灰土拌制根据回填要求随拌随用，已拌成灰土不得超过24小时或隔夜使用；下雨期间不进行灰土拌制。桩孔验收合格后，采用简易提升机，吊起不小于18KN重锤，进行孔底夯实。桩体三七灰土分层回填夯实，逐层以平斗车定量向桩孔内下料，压实系数不小于0.97，成桩后，桩体直径不小于600㎜，人工填料时应指定专人按规定数量均匀填进，不得盲目乱填。
③成孔记录：成孔时，派成孔记录员一名（记录员不落实，不得开孔。过程中不逐个孔实施的，停工），担负着成孔质量的监控工作，并对每根桩实施成孔测量，按统一编号记录，每达标一个孔，记录一个孔编号，同时根据对应编号表示此孔已验收。没有达标的孔要求再打，直至达标。对不合格的孔绝不验收，并且逐日汇总并在桩位图上对号作（⊙）标记，并肩负着不漏孔的责任。监测内容：孔深、孔径、垂度、位移及其它安全内容，还要密切注意土质情况，如发现异常现象，立即停工，通知有关领导查明情况后，再继续施工。
④夯填记录：夯填记录员由两名担任（两名记录员不落实，不得夯填。过程中不逐根监控实施的，停工），担负着每根桩夯填质量的监控工作，主要任务是：根据试验桩参数，监控每个夯机手对每根桩的质量情况，监控内容有夯锤重量18KN；每根桩的空夯次数、锤提高度；每车料的实夯次数、锤提高度。
5 结语
曹家沟110kV汇集站主要设备基础和预制舱基础经过灰土挤密桩处理后，截止到目前沉降观测未出现超出规范和设计要求的沉降，达到预期目的。
参考文献：
[1]王岩.强夯法在路基湿陷性黄土地基处理中的应用[J].黑龙江交通科技.2011,(6).
[2]李振华.对湿陷性黄土路基处理的探讨[J].河南建材.2008(1).
[3]宋昊.湿陷性黄土地基处理浅谈[J].山西建筑.2008,34(33).
论文作者:张云虎
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/14
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