湿陷性黄土地基处理方法
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湿陷性黄土地基处理方法
摘要
我国目前在黄土地区修建的既有铁路，由于技术经济因素，设计标准不高，尤其是路基工后沉降控制不严；路基绝大多数直接用黄土填筑，未作任何改良；已有的关于湿陷性黄土地基处理的技术方法、设计参数的确定及所取得的研究成果绝大多数都是针对工业与民用建筑工程。路基工程的黄土地基大多都未经处理或加固，一旦所处气候条件、地面排水条件发生变化，引起黄土地基工程地质、水文地质条件发生变化，则会改变黄土的工程性质，产生较大的不均匀沉陷，对路基结构物产生不利影响。近年来，随着我国铁路运输中正在修建或将来拟建设的新线铁路技术标准的普遍提高，建设中必定会涉及到黄土地基包括湿陷性地基的处理问题。因此，为了消除黄土的湿陷性，提高路基承载力，保证工后沉降满足要求，进一步开展水泥土桩复合地基加固处理黄土地基承载及沉降特性的研究，具有十分重要的工程实际意义。黄土是第四纪堆积物，按其颗粒成分属于细粒土(或粉土、粘性土)。其中，部分黄土具有不同于普通细粒土的特殊成分与性质。浸水会发生显著下沉变形，称为湿陷性黄土，工程界普遍视为特殊土。黄土的湿陷性是指其在一定压力下压缩稳定后，因浸水而发生下沉变形的性质。湿陷性是湿陷性黄土的特殊性质，湿陷性黄土在一定压力作用下受水浸蚀结构迅速破坏而发生显著下沉，因此在建筑上研究湿陷性黄土地基的处理十分重要。湿陷性黄土的变形包括压缩变形和湿陷变形两种。压缩变形是在土的天然含水量下由于建筑物的负荷所引起的，一般地基的压缩变形很小，大部分在其上部结构的允许变形值范围以内。不会影响建筑物的安全和正常使用。湿陷变形是由于地基被水浸湿所引起的一种附加变形，往往是局部和突然发生的。而且很不均匀，对建筑物的影响很大，危害性很严重。因此，在湿陷性黄土地区的建筑物设计中，为了保证建筑物的安全和正常使用，往往需要采取相应的地基处理措施。
1. 处理范围的确定
地基处理中首先要考虑的问题是处理地基到多大范围才能既经济又能获得明显的效果。由土的饱和自重压力所引起的自重湿陷与其湿陷性和黄土层厚度有关．其变形范围往往包括全部自重湿陷性黄土的厚度。根据湿陷变形范围，地基的处理厚度(从基础底面算起)可分为处理全部湿陷变形范围和部分湿陷变形两种。前者的处理目的是消除建筑物地基的全部湿陷量，而后者只是消除部分湿陷量。
1.1 处理厚度的确定[1]
(1)消除建筑物地基全部湿陷量的处理厚度。在非自重湿陷性黄土场地，一般情况下，地基的湿陷量只发生于压缩层以内。试验资料表明，该湿陷量大部分集中于基底下1．5倍基础宽的深度范围内。其中，以基底下0.5倍～1.5倍基础宽度深度内最为集中。因此，当地基处理厚度相当于2倍基础宽度时，就可消除95％左右的湿陷量。
对于自重湿陷性黄土地基，地基的湿陷量不仅发生在压缩层内，而且还发生在压缩层以下。研究资料表明，对于厚度较大的自重湿陷性黄土地基，压缩层以下的湿陷量常占地基总湿陷量的70％以上。因此，要消除地基的全部湿陷量，应处理基础底面以下全部的湿陷性土层。
(2)消除建筑物地基部分湿陷量的处理厚度。消除建筑物地基部分湿陷量的处理厚度应根据建筑物类别、基础形式、基底面积、基底压力、场地湿陷类型、湿陷等级等综合考虑决定。
1.2 处理宽度的确定[2]
地基处理宽度的大小一般可从控制侧向变形、扩散附加压力和防水要求等方面来考虑。湿陷性黄土地基受水浸湿时，常伴随着大量的侧向变形，而由其所引起的竖向变形有时竟占总湿陷摄的60％～70％；侧向变形最远发生在距板以外约0.5倍～0.75倍承压板宽度处。因此．为防止或减少大量的湿陷变形，应将发生侧向变形的大部分范围包括在处理宽度以内。
2. 湿陷性黄土地基的处理方法[3]
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，然后用素土或灰土分层夯实做成垫层，以便消除地基的部分或全部湿陷量，并可减小地基的压缩变形，提高地基承载力，可将其分为局部垫层和整片垫层。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或增强水稳性时，宜采用局部或整片灰土垫层进行处理。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。同时，还要考虑以下几方面的问题:
1.局部土垫层的处理宽度超出基础底边的宽度较小，地基处理后，地面水及管道漏水仍可能从垫层侧向渗入下部未处理的湿陷性土层而引起湿陷，因此，设置局部垫层不考虑起防水、
隔水作用，地基受水浸湿可能性大及有防渗要求的建筑物，不得采用局部土垫层处理地基。
2.整片垫层的平面处理范围，每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度，不应小于垫层的厚度，即并不应小于2m。
3.在地下水位不可能上升的自重湿陷性黄土场地，当未消除地基的全部湿陷量时，对地基受水浸湿可能性大或有严格防水要求的建筑物，采用整片土垫层处理地基较为适宜。但地下水位有可能上升的自重湿陷性黄土场地，应考虑水位上升后，对下部未处理的湿陷性土层引起湿陷的可能性。
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2.5~3.0t的重锤，落距4.0~4.5m，可消除基底以下1.2~1.8m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。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。强夯法加固地基机理一般认为，是将一定重量的重锤以一定落距给予地基以冲击和振动，从而达到增大压实度，改善土的振动液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等目的。强夯加固过程是瞬时对地基土体施加一个巨大的冲击能量，使土体发生一系列的物理变化，如土体结构的破坏或排水固结、压密以及触变恢复等过程。其作用结果是使一定范围内的地基强度提高、孔隙挤密。单点强夯是通过反复巨大的冲击能及伴随产生的压缩波、剪切波和瑞利波等对地基发挥综合作用，使土体受到瞬间加荷，加荷的拉压交替使用，使土颗粒间的原有接触形式迅速改变，产生位移，完成土体压缩-加密的过程。加固后土体的内聚力虽受到破坏或扰动有所降低，但原始内聚力随土体密度增大而得以大幅提高;单点强夯如图1所示，夯锤底下形成夯实核，呈近似的抛物线型，夯实核的最大厚度与夯锤半径相近，土体成千层饼状，其干密度大于1.85g/cm3;
2.3 挤密桩法
挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基，可以用于地基的局部处理．也可以用于整片处理，处理的厚度为5～15m。这种方法是用机械、人力或爆破成孔后，填以最优含水量的素土或灰土并分层夯实，其压实系数不得小于0.93，形成土或灰土桩，以达到加固地基的目的。土桩是一种柔性桩，不同于钢筋混凝土等刚性桩。不但土桩本身要承受上部荷载，而且，挤密后的桩间土也要分担较大的荷载。实际上土桩与桩间土共同组成了复合地基，即土桩挤密地基。土桩挤密地基，与土垫层一样，具有消除地基湿陷性，降低渗透性和压缩性，提高承载力的功效。因此，对于局部处理与整片处理的选择，应视具体情况而定。如有隔水、防渗要求者，宜采用整片处理，无隔水、防渗要求者。可采用局部处
