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摘要：地基湿陷使结构物大幅度沉降、坼裂、倾斜甚至严重影响其安全和使用，对工农业建设及人民生活经常造成严重危害，所以采用适当的方法处理黄土的湿陷性对工程具有重要的意义。本文结合具体工程实例，参考地基基础处理的相关规范及手册，阐述了几种湿陷性黄土地基处理方法，为工程场地地基处理方案的选型论证及实施提供了技术支持。
关键词：湿陷性黄土；地基处理；强夯置换法
1、湿陷性黄土概述及分布
在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形，其强度也随着迅速降低的黄土称为湿陷性黄土。湿陷性黄土广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区。
有一些湿陷性黄土受水浸湿后在土的自重压力下就产生湿陷，而另一些湿陷性黄土受水浸湿后只有在土的自重压力和附加压力共同作用下产生湿陷。前者称为自重湿陷性黄土，后者称为非自重湿陷性黄土。
2、黄土湿陷性评价
2.1黄土的湿陷性，应按室内浸水（饱和）压缩实验，在一定压力下测定的湿陷系数δs进行判定。其中当湿陷系数值δs小于0.015是，应定为费湿陷性黄土；当湿陷系数值等于或δs大于0.015时，应定为湿陷性黄土。
2.2湿性黄土的湿陷程度，可根据湿陷系数δs值的大小分为三种：
1）、当0.015≤δs≤0.03时，湿陷性轻微；
2）、当0.03≤δs≤0.07时，湿陷性中等；
3）、当δs＞0.07时，湿陷性强烈。
2.3湿陷性黄土等级的判定
湿陷性黄土等级的判定是一个综合的过程，首先是湿陷量的实测值，然后在这个数值的基础上，再根据湿陷性黄土自重湿陷量的计算值和湿陷性黄土地基受水浸湿饱和时湿陷量的计算值，来确定等级。
非自重湿陷性场地，湿陷等级分为Ⅰ（轻微）、Ⅱ（中等），自重湿陷性场地，湿陷等级分为Ⅱ（中等）、Ⅲ（严重）、Ⅳ（很严重）。
在确定湿陷性等级的过程中，湿陷量的计算是其中的重点，计算时主要需要确定三个数据：湿陷系数、土层的厚度、修正系数。湿陷系数、修正系数根据地质勘察报告查询，在缺少实测资料的情况下，可按照规范的规定取值。土层的厚度计算分为两种，一种是正常情况下湿陷量计算厚度应自天然地面算起，当挖填方的厚度和面积较大时，应自地面算起，至其下非湿陷性黄土层的顶面止；一种为在地基受水浸湿饱和时，应自基础的地面算起，在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下10m（或地基压缩层）深度止，在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷性黄土层的顶面。
确定了湿陷性场地的湿陷等级，然后根据建筑的层数及湿陷性等级，可以确定设计方案。
3、湿陷性黄土地基的处理方法
常用的湿陷性黄土地基处理方法有：换填垫层法、强夯法和强夯置换法、土或灰土挤密桩法、单液硅化法和碱液法、预浸水法、桩基础。
3.1垫层法
垫层法主要包括土垫层和灰土垫层。当仅要求消除基底下1~3m湿陷性黄土的湿陷量时，宜采用局部（或整片）土垫层进行处理，当同时要求提高垫层土的承载力及增强水稳性时，宜采用整片灰土垫层进行处理。
3.2强夯法和强夯置换法
强夯法和强夯置换法是湿陷性黄土地基处理比较经济的方法，主要适用于场地比较开阔，强夯对周围的建构筑物不造成危害的地区。强夯法施工前，应先在场地内选择有代表性的场地进行试夯，为设计提供依据。强夯土的承载力，宜在地基强夯结束30d左右，采用静载荷试验测定。
3.3土或灰土挤密桩法
采用挤密法处理湿陷性黄土场地时，孔宜按照正三角形布置。处理深度不超过12m时，不易预钻孔，挤密孔直径宜为0.35~0.45m；当挤密处理深度超过12m时，可预钻孔，其直径（d）宜为0.25~0.30m，挤密填料孔直径（D）宜为0.50~0.60m。孔底在填料前必须夯实，孔内材料宜用素土和灰土，必要时可用强度高的填料如水泥土等。当防（隔）水时，宜填素土，当提高承载力或减小处理宽度时，宜填灰土、水泥土等。挤密地基在基底宜设置0.50m厚的灰土（或土）垫层。
3.4单液硅化法和碱液法
单液硅化法和碱液法适用于加固地下水位以上、渗透系数为0.5~2.00m/d的湿陷性黄土地基。主要用于以下三种建筑物：沉降不均匀的既有建筑物和设备基础、地基浸水引起湿陷，需要阻止湿陷继续发展的建筑物和设备基础、拟建的设备基础和构筑物。
3.5预浸水法
预浸水法宜用于处理湿陷性黄土层厚度大于10m，自重湿陷量计算值不小于500mm的场地，浸水前宜通过现场试坑浸水实验确定浸水时间、耗水量和湿陷量等；浸水坑边缘至既有建筑物的距离不宜小于50m；浸水坑的边长不得小于湿陷性黄土层的厚度，浸水坑的面积较大时，可分段进行浸水；浸水坑内的水头高度不宜小于300mm，连续浸水时间以湿陷变形稳定为准，其稳定标准为最后5d的平均湿陷量小于1mm/d。浸水结束后，在基础施工前，应补充地质勘查工作。
3.6桩基础
桩基础为直接穿过软弱土层，将荷载直接传递给承载力比较好的土层，适用于各种软弱地基的处理。
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4. 湿陷性黄土地基的处理方法选择原则
湿陷性黄土地基处理的根本原则是：破坏土的大孔结构，改善土的工程性质，消除或减少地基的湿陷变形，防止水浸入建筑物地基，提高建筑结构刚度。
湿陷性黄土地基处理的目的：一是消除其全部湿陷量，使处理后的地基变为非湿陷性地基，或采用基础、桩基础穿透全部湿陷性土层，使上部荷载通过基础或桩基础转移至非湿陷的土(或岩石)层中，防止地基产生湿陷；二是消除地基的部分湿陷量，减小被处理地基的总湿陷量，控制下部未处理湿陷性土层的剩余湿陷量不大于设计规定。鉴于甲类建筑的重要性，地基受水浸湿的可能性和使用上对不均匀沉降的严格限制等与其它类建筑都有所不同，而且甲类建筑的数量少、投资规模大、工程造价高，一旦出问题，在经济上将会造成严重影响和损失，后果不堪设想。为此对甲类建筑不允许出现任何破坏性的变形，也不允许因变形而影响使用，故对地基处理规定从严，要求消除其全部湿陷量。乙、丙类建筑量大面广，地基处理规定过严，建设投资明显增加，不符合我国现有的技术经济水平，因此只要求消除其部分湿陷量，然后根据地基处理的程度或剩余湿陷量的大小采取相应的防水措施，以弥补地基处理的不足，防止建筑物产生有害变形，确保其整体稳定和主体结构的安全，地基一旦浸水湿陷，次要部位出现裂缝易于修复，并保持其正常使用。
5、工程实例
5.1工程概况
某公司一期年产5万吨镁合金工程项目，该项目位于新疆特克斯县，天山北麓，小型冲沟发育，地势由南向北倾斜，地形起伏较大，拟建场地内无地下水影响。场地土：①层粉土，②层碎石，③层粉土，④层碎石，⑤层粉土，⑥层碎石，⑦层粉土及下层均为夹层分布的不均匀土质，地基为不均匀地基，属自重湿陷性场地，湿陷性等级为Ⅱ级（中等）。
5.2地基处理方法选用
根据工程地质状况，经过综合比较，本工程场地对湿陷性黄土地基处理采取了强夯置换法，强夯置换法在国外也称为“动力置换与混合法”，该方法是在强夯形成的夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，然后用夯锤夯击，重复此过程连续施工，形成一个墩体。
5.3加固机理
强夯置换除在土中形成墩体外，当加固土层为深厚饱和粉土、粉砂时，可对墩间土和墩底端以下土有挤密作用，因此，强夯置换的加固深度应包括墩体置换深度和墩下加密范围。其加固深度应由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上，深度不宜超过7米。
5.4材料及墩布置
墩体材料可采用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30%。形成墩体后，在施工基础以前，墩顶应铺设一层厚度不小于500mm厚的压实垫层，垫层材料可与墩体相同，粒径不宜大于100mm。
蹲位的布置宜采用等边三角形或正方形。对独立基础或条形基础可根据形状与宽度相应布置。墩间距的大小应根据荷载大小、加固前土的承载力经过计算确定，当满堂布置时可取夯锤直径的2~3倍，对柱基及条形基础可取夯锤直径的1.5~2.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.2~1.2倍。当墩间净距较大时，应适当提高上部结构和基础的刚度。
强夯置换处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处
理深度的 至 ，并不宜小于3米。
本工程主要厂房正常运行一年后，整体运行情况良好，没有出现大幅度沉降、坼裂、倾斜，满足规范要求。
5.5单体工程地基处理
某车间，长102米，跨度24米，柱顶标高6.900，结构形式为门式刚架，柱距6米，车间悬挂5吨桥式吊车，为空旷轻钢厂房，基础采用独立基础，故地基处理方法选用强夯置换法。
1）、处理范围：基槽开挖宽度每边宽出基础底边3.0m，开挖深度为基底垫层以下；
2）、地基处理：在每个柱子独立基础下按施工顺序制墩。
①、墩体设计：经计算基础的大小，选用墩径为ф4.0m，墩长为5.0m，穿透湿陷性黄土。进行强夯置换施工时，单击夯击能应通过现场试验确定。
②、墩体材料：天然级配圆砾，砾石直径应大于20mm，粒径含量占35%~45%，最大粒径不大于50mm，中粗砂含泥量不大于5%，不均匀系数大于5，无植物根系和建筑垃圾。
③、铺设垫层：形成墩体后，在基础施工前，墩顶应铺设一层500mm厚的压实垫层，垫层材料同墩体材料，垫层回填时应分层回填夯实，压实系数不小于0.96，要求处理后的地基承载力特征值不小于220KPa。
5.6施工顺序
（1）清理并平整场地，当表土松软时可铺设一层厚度为1.0~2.0m的砂石施工垫层；
（2）标出夯点位置，并测量场地高程；
（3）起重机就位，夯锤置于夯点位置；
（4）测量夯前锤顶高程；
（5）夯击并逐击记录夯坑深度。当夯坑过深而发生起锤困难时停夯，记录填料数量，如此重复直至满足规定的夯击次数及控制标准完成一个墩体的夯击。当夯点周围软土挤出影响施工时，可随时清理并在夯点周围铺垫碎石，继续施工；
（6）按由内向外，隔行跳打原则完成全部夯点的施工；
（7）推平场地，用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程；
（8）铺设垫层，并分层碾压密实。
本工程地基处理后经检测，强夯置换后墩体承载力达到300KPa，满足设计要求。
6、结语
本文概述了湿陷性黄土地基处理的几种方法，并结合两例实际工程，详述了强夯置换法在湿陷性黄土地基处理中的应用。由于湿陷性黄土地基复杂，处理方法较多，工程设计应根据具体工程及所在环境、施工条件等采用合理的方法。
参考文献：
[1] 湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025-2004）.
[2] 建筑地基基础设计规范（GB 50007-2011）.
[3] 建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）.
[4] 顾晓鲁，钱鸿缙，刘惠珊，汪时敏《地基与基础》中国建筑工业出版社（第三版）.
论文作者:付兆茜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/5/14
标签：地基论文; 黄土论文; 土层论文; 场地论文; 基础论文; 自重论文; 系数论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;