濕陷性黃土地基處理方法.doc

.濕陷性黃土地基處理方法目錄摘要11. 處理范圍的確定11.1 處理厚度的確定11.2 處理寬度的確定22. 濕陷性黃土地基的處理方法22.1 墊層法22.2 夯實(shí)法32.3 擠密樁法32.4 樁基礎(chǔ)32.5 預(yù)浸水法43. 工程實(shí)例43.1 疊合墊層法43.2 強(qiáng)夯法53.3 擠密樁法64. 結(jié)論6參考文獻(xiàn)6濕陷性黃土地基處理方法摘要黃土是第四紀(jì)堆積物，按其顆粒成分屬于細(xì)粒土(或粉土、粘性土)。其中，部分黃土具有不同于普通細(xì)粒土的特殊成分與性質(zhì)。浸水會(huì)發(fā)生顯著下沉變形，稱為濕陷性黃土，工程界普遍視為特殊土。黃土的濕陷性是指其在一定壓力下壓縮穩(wěn)定后，因浸水而發(fā)生下沉變形的性質(zhì)。濕陷性是濕陷性黃土的特殊性質(zhì)，濕陷性黃土在一定壓力作用下受水浸蝕結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著下沉，因此在建筑上研究濕陷性黃土地基的處理十分重要。濕陷性黃土的變形包括壓縮變形和濕陷變形兩種。壓縮變形是在土的天然含水量下由于建筑物的負(fù)荷所引起的，一般地基的壓縮變形很小，大部分在其上部結(jié)構(gòu)的允許變形值范圍以內(nèi)。不會(huì)影響建筑物的安全和正常使用。濕陷變形是由于地基被水浸濕所引起的一種附加變形，往往是局部和突然發(fā)生的。而且很不均勻，對建筑物的影響很大，危害性很嚴(yán)重。因此，在濕陷性黃土地區(qū)的建筑物設(shè)計(jì)中，為了保證建筑物的安全和正常使用，往往需要采取相應(yīng)的地基處理措施。1. 處理范圍的確定地基處理中首先要考慮的問題是處理地基到多大范圍才能既經(jīng)濟(jì)又能獲得明顯的效果。由土的飽和自重壓力所引起的自重濕陷與其濕陷性和黃土層厚度有關(guān)其變形范圍往往包括全部自重濕陷性黃土的厚度。根據(jù)濕陷變形范圍，地基的處理厚度(從基礎(chǔ)底面算起)可分為處理全部濕陷變形范圍和部分濕陷變形兩種。前者的處理目的是消除建筑物地基的全部濕陷量，而后者只是消除部分濕陷量。1.1 處理厚度的確定1(1)消除建筑物地基全部濕陷量的處理厚度。在非自重濕陷性黃土場地，一般情況下，地基的濕陷量只發(fā)生于壓縮層以內(nèi)。試驗(yàn)資料表明，該濕陷量大部分集中于基底下15倍基礎(chǔ)寬的深度范圍內(nèi)。其中，以基底下0.5倍1.5倍基礎(chǔ)寬度深度內(nèi)最為集中。因此，當(dāng)?shù)鼗幚砗穸认喈?dāng)于2倍基礎(chǔ)寬度時(shí)，就可消除95左右的濕陷量。對于自重濕陷性黃土地基，地基的濕陷量不僅發(fā)生在壓縮層內(nèi)，而且還發(fā)生在壓縮層以下。研究資料表明，對于厚度較大的自重濕陷性黃土地基，壓縮層以下的濕陷量常占地基總濕陷量的70以上。因此，要消除地基的全部濕陷量，應(yīng)處理基礎(chǔ)底面以下全部的濕陷性土層。(2)消除建筑物地基部分濕陷量的處理厚度。消除建筑物地基部分濕陷量的處理厚度應(yīng)根據(jù)建筑物類別、基礎(chǔ)形式、基底面積、基底壓力、場地濕陷類型、濕陷等級等綜合考慮決定。1.2 處理寬度的確定2地基處理寬度的大小一般可從控制側(cè)向變形、擴(kuò)散附加壓力和防水要求等方面來考慮。濕陷性黃土地基受水浸濕時(shí)，常伴隨著大量的側(cè)向變形，而由其所引起的豎向變形有時(shí)竟占總濕陷攝的60 70；側(cè)向變形最遠(yuǎn)發(fā)生在距板以外約0.5倍0.75倍承壓板寬度處。因此為防止或減少大量的濕陷變形，應(yīng)將發(fā)生側(cè)向變形的大部分范圍包括在處理寬度以內(nèi)。2. 濕陷性黃土地基的處理方法32.1 墊層法濕陷性黃土地基處理中所用的墊層法。實(shí)際上是開挖置換法，或稱換土墊層法。這種方法是將基底下的濕陷性黃土全部或部分挖除，然后用素土或灰土分層夯實(shí)做成墊層，以便消除地基的部分或全部濕陷量，并可減小地基的壓縮變形和滲透性，提高地基承載力。適用于地下水位以上土層厚度13m。就地基處理范圍而論，可將其分為局部墊層和整片墊層。當(dāng)僅要求消除基底以下13m濕陷性黃土的濕陷量時(shí)，宜采用局部或整片土墊層進(jìn)行處理；當(dāng)同時(shí)要求提高承載力或增強(qiáng)水穩(wěn)性時(shí)，宜采用局部或整片灰土墊層進(jìn)行處理。一般情況下，墊層的分層鋪填厚度可取200300mm。為保證分層壓實(shí)質(zhì)量，應(yīng)控制機(jī)械碾壓速度。墊層的施工質(zhì)量必須分層檢驗(yàn)，應(yīng)在每層的壓實(shí)系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求后鋪填上層土。2.2 夯實(shí)法夯實(shí)法是利用重錘自由落下的沖擊能來夯實(shí)地基，包括重夯法和強(qiáng)夯法。適用于處理飽和度小于60的濕陷性黃土。當(dāng)要求消除濕陷性的土層厚度為12m時(shí)，宜采用重夯法；當(dāng)要求消除濕陷性的土層厚度為36m時(shí)，宜采用強(qiáng)夯法。兩種方法的工藝和設(shè)備有些類似，但強(qiáng)夯法的夯擊功能較重夯法的夯擊功能大得多。2.3 擠密樁法擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基，可以用于地基的局部處理也可以用于整片處理，處理的厚度為515m。這種方法是用機(jī)械、人力或爆破成孔后，填以最優(yōu)含水量的素土或灰土并分層夯實(shí)，其壓實(shí)系數(shù)不得小于0.93，形成土或灰土樁，以達(dá)到加固地基的目的。土樁是一種柔性樁，不同于鋼筋混凝土等剛性樁。不但土樁本身要承受上部荷載，而且，擠密后的樁間土也要分擔(dān)較大的荷載。實(shí)際上土樁與樁間土共同組成了復(fù)合地基，即土樁擠密地基。土樁擠密地基，與土墊層一樣，具有消除地基濕陷性，降低滲透性和壓縮性，提高承載力的功效。因此，對于局部處理與整片處理的選擇，應(yīng)視具體情況而定。如有隔水、防滲要求者，宜采用整片處理，無隔水、防滲要求者?？刹捎镁植刻幚恚皇Ｓ酀裣萘啃?，可采用局部處理，剩余濕陷量大，宜采用整片處理；多、高層民用建筑，宜采用整片處理，單層工業(yè)廠房可采用局部處理，或采用局部處理與整片淺處理相結(jié)合。工程實(shí)踐表明，擠密樁法是一種深層處理濕陷性黃土地基的較好的方法。2.4 樁基礎(chǔ)濕陷性黃土地基采用樁基礎(chǔ)的目的，是將一定長度的樁穿透濕陷性黃土層，支承在堅(jiān)實(shí)的非濕陷性土層上，使上部的荷載通過樁傳人樁端堅(jiān)實(shí)土層上，這樣，即使地基受水浸濕，也能完全避免濕陷對建筑物的危害。適用于基礎(chǔ)荷載大，有可靠的持力層的地基，土層厚度不大于30m。濕陷性黃土地區(qū)的樁基礎(chǔ)，基本上都屬于端承樁。天然濕陷性黃土中的樁基礎(chǔ)，雖然樁側(cè)正摩阻力值較大，但是，對于自重濕陷性黃土地基，浸水后樁周土將相對下沉。不僅使樁側(cè)正摩阻力基本消失，而且還會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩阻力，于是，樁所承受的荷載，包括負(fù)摩阻力在內(nèi)，便完全由樁端土來承擔(dān)。對于非自重濕陷性黃土地基。浸水后樁側(cè)雖有一定正摩阻力存在，但由于土體過于飽和，摩阻力作用大為減弱，基本上以端承為主。因此，在濕陷性黃土地區(qū)的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，單樁承載力的確定，應(yīng)考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力的影響。只要單樁承載力滿足要求，不需要驗(yàn)算群樁承載力。2.5 預(yù)浸水法預(yù)浸水法是在建筑物修建之前，對自重濕陷性黃土場地進(jìn)行大面積浸水，使土體在飽和自重壓力下發(fā)生自重濕陷、產(chǎn)生壓密，以消除距地表45m深度以下全部黃土層的白重濕陷性。上部45m厚的土層作為被動(dòng)層不產(chǎn)生自重濕陷，但仍具有外荷濕陷性，需另作處理。預(yù)浸水法的優(yōu)點(diǎn)是，拖工簡便，費(fèi)用低廉，處理范圍廣、深度大、效果好，同時(shí)。能消除地下暗縫、洞穴、墓坑等不良工程隱患。因此，特別適用于自重濕陷性土層厚、自重濕陷性強(qiáng)的黃土場地。對于自重濕陷性土層厚度大于l0m。自重濕陷量超過50m的場地，均可采用預(yù)浸水法進(jìn)行處理。預(yù)浸水法的浸水影響范圍較大。其影響范圍與濕陷性土層的厚度和土性有關(guān)，國內(nèi)浸水試驗(yàn)資料表明，厚度大于15m的自重濕陷性黃土，浸水影響范圍一般為濕陷性黃土層厚度的12.6倍。因此，浸水坑與已有建筑物之間的凈距，不易小于自重濕陷性土層厚度的3倍，同時(shí)，也不宜小于50m；并應(yīng)防止浸水對附近建筑物和場地邊坡的穩(wěn)定性所造成的不良影響。預(yù)浸水法用水量大、工期長。因此，預(yù)浸水法只能在具備充足水源又有較長施工準(zhǔn)備時(shí)間的條件下采用。3. 工程實(shí)例 3.1 疊合墊層法4居住區(qū)所有擬建工程均屬丙類建筑物，可采取消除部分濕陷量的地基處理方法由地質(zhì)資料可算出二層黃土的總自重濕陷量為150mm, 總濕陷量為570mm, 根據(jù)濕陷性黃土規(guī)范可判定為級自重濕陷性地基部分樓號地基為級非自重濕陷性。根據(jù)建筑物情況和土層埋藏、分布等情況設(shè)計(jì)上選擇第一層黃土層作為淺基礎(chǔ)的持力層, 基礎(chǔ)類型采用墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)。墊層處理意見：墊層作為人工置換土的主要受力層，可以提高承載力減少沉降，在本居住區(qū)的工程，墊層的主要作用是消除淺層黃土的濕陷性。根據(jù)該場地的濕陷程度和住宅樓墻基礎(chǔ)密集的情況, 應(yīng)該設(shè)計(jì)為整片墊層，墊層平面處理范圍應(yīng)伸出建筑物外墻基礎(chǔ)邊緣不小于墊層厚度，并不小于根據(jù)各樓號地基應(yīng)消除的最小濕陷量要求，墊層厚度應(yīng)為2.0-2.5m，總面積為10430m2，總體積為2.4萬m3，顯然工程量很大，如何在保證工程安全的前提下能經(jīng)濟(jì)地選用墊層，材料是一個(gè)值得研究的問題。以消除濕陷為主要目的設(shè)計(jì)的墊層，一般是選用素土墊層和灰土墊層，兩者的異同之處是在滲透性方面滲透系數(shù)與土料的塑性指數(shù)和干密度成正比，而含灰量的多少基本上不影響。就是說，素土墊層和灰土墊層如果都選用基坑挖出的土作為墊層土料時(shí)，兩者的滲透性是非常接近的在抗沖刷性方面，據(jù)有關(guān)資料證明素土與灰土的抗沖刷性差異不大，在水穩(wěn)性方面灰土墊層要好于素土墊層，即受水侵泡后土體崩解性、強(qiáng)度有一定的差異結(jié)合本區(qū)住宅樓的情況，如果采用全素土墊層具有經(jīng)濟(jì)性和施工快的優(yōu)點(diǎn)但素土墊層水穩(wěn)性差，難以經(jīng)得起侵水如果采用全灰土墊層由于被處理面積大, 與素土墊層比較不經(jīng)濟(jì)，施工期相對長。因此考慮采用兩種疊合墊層進(jìn)行地基處理。本住宅區(qū)各樓號均進(jìn)行了施工中的沉降觀測，實(shí)際觀測數(shù)據(jù)很小，其結(jié)果基本說明了登合墊層處理該地基是成功的。3.2 強(qiáng)夯法5 河南安陽至林州高速公路某段落為濕陷性黃土地基，濕陷厚3.0m，濕陷系數(shù)0.015 0. 039，總濕陷量為4. 0 7.2cm，濕陷等級為輕微；地基土的其他主要物理力學(xué)指標(biāo)為：含水24. 01%，孔隙比0. 86，飽和度76.9%。本設(shè)計(jì)的單擊夯擊能取用1000kNm，夯點(diǎn)布設(shè)采用正方形插擋法，夯點(diǎn)最大間距5m，夯擊遍數(shù)3遍。采用的夯錘重為12t (即120kN )，根據(jù)單擊夯擊能1000kNm，可求得夯錘距為8. 5m(國內(nèi)通常采用的落距為8 20m )。本次施工采用的夯錘直徑為2. 1m，錘高1. 30m。另外，夯錘上有6個(gè)上下豎直貫通的氣孔，直徑為20cm，這種構(gòu)造既可減少在夯坑中起錘時(shí)的吸力，又可減少夯錘著地時(shí)瞬時(shí)氣勢的上托力，從而減少能量失。經(jīng)過試夯, 每點(diǎn)平均夯擊5次時(shí), 能夠滿足最后兩擊平均夯沉量不大于5cm, 且夯坑周圍地面不發(fā)生過大隆起的要求。在強(qiáng)夯全部結(jié)束后, 測量場地夯后高程, 并與夯前場地高程進(jìn)行對比, 可得出場地的夯沉量, 本場地的平均夯沉量為23cm。強(qiáng)夯法的缺點(diǎn)是由于在施工過程中會(huì)產(chǎn)生震動(dòng), 所以無法在離居民區(qū)等建筑物較近的路段施工。3.3 擠密樁法6 西安市某5層綜合住宅樓(局部6層)，底部為產(chǎn)品展銷大廳，上部4層為住宅，建筑物總長72 m，建筑面積4 100 m2，底層為全框架結(jié)構(gòu)，上層為磚結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)，基底設(shè)計(jì)荷載200 kPa。建筑場地位于填實(shí)的舊皇城護(hù)城河上，地貌單元屬于渭河級階地，從現(xiàn)在地面往下445 m525m深度內(nèi)為雜填土，地下水埋藏于地面下346 m363 m，地下水位以上的雜填土具有明顯的濕陷性。由于場地土具有明顯的濕陷性，并且地基承載力也低于設(shè)計(jì)要求，因此，必須進(jìn)行地基加固。經(jīng)研究論證，決定采用灰土擠密樁進(jìn)行處理?；彝翑D密樁按正三角形進(jìn)行布置，間距25(d為樁孔直徑)。樁長4 m，穿透雜填土層支撐于粉質(zhì)黏土層?；彝翑D密樁樁徑選用038 m。擠密的地基寬度為每邊超出基礎(chǔ)025b(b為基礎(chǔ)短邊寬度)。 灰土擠密樁的樁身填料在地下水位以上采用2：8灰土；地下水位以下采用3：7灰土，并摻以適量水泥，以提高灰土的早期強(qiáng)度。本工程采用灰土擠密樁加固地基，處理效果良好，土體物理力學(xué)指標(biāo)有了明顯的改善，濕陷性基本消除，地基承載力提高了近一倍。同時(shí)，本工程地基處理的工期為30 d，僅為一般地基處理工期的13左右。工程建成半年，通過沉降觀測總沉降量約為20 Im ，兩柱間差異沉降小于11 000，遠(yuǎn)小于規(guī)范的要求。4. 結(jié)論上述幾種濕陷性黃土地基的處理方法，近年來被廣泛使用，都取得了良好的效果。在具體選用上述地基處理方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)場地的濕陷類型、濕陷等級和工程要求，考慮因地制宜和就近取材的原則以及施工條件的可能性等，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較后予以選用，必要時(shí)也可以幾種方法采用。參考文獻(xiàn)1 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范S. GBJ2590. 北京:中國建筑工業(yè)出