濕陷性黃土地基濕陷機(jī)理及地基處理方法

1、濕陷性黃土地基濕陷機(jī)理及地基處理方法摘要本文通過(guò)濕陷性黃土地基的濕陷性以及濕陷機(jī)理分析，對(duì)濕陷類別和等級(jí)的判別，提出對(duì)濕陷性黃土地基處理的方法及質(zhì)量檢測(cè)與控制在TRANBBS施工中的建議。關(guān)鍵詞：濕陷性黃土；濕陷機(jī)理；地基處理；質(zhì)量控制1前言濕陷性黃土泛指飽和的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的黃色土，在自重壓力或自重壓力與附加壓力作用下，受水浸濕后，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，發(fā)生顯著下沉的現(xiàn)象。它的這種特性，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物帶來(lái)不同程度的危害，使路基及結(jié)構(gòu)物大幅度沉降、折裂、傾斜，嚴(yán)重影響其安全和使用。2黃土的濕陷機(jī)理濕陷性黃土按其濕陷機(jī)理可分為高可溶鹽的濕陷性黃土和高空隙率的濕陷性黃土，由于這兩類濕陷性黃土的濕陷性機(jī)理不同，

2、因此應(yīng)對(duì)濕陷性黃土地基有可靠的鑒定和正確的認(rèn)識(shí)，并采取必要的工程措施防止或消除它的濕陷性。濕陷性黃土除了具備黃土的一般特征外，粒度成份以粉土顆粒為主，約占50%以上，具有肉眼可見(jiàn)的孔隙，它呈松散、多孔結(jié)構(gòu)狀態(tài)，孔隙比很大，天然剖面上具有垂直節(jié)理，含可溶鹽(碳酸鹽、硫酸鹽類等)較多。垂直大孔性、松散多孔結(jié)構(gòu)和遇水即降低或消失的土顆粒間的加固凝聚力是它發(fā)生濕陷的內(nèi)部因素，而壓力及水是外部條件。關(guān)于黃土濕陷性的鑒別，地基濕陷程度的判別，可以室內(nèi)壓縮實(shí)驗(yàn)為主，并以此提出工程上評(píng)價(jià)濕陷性的定量指標(biāo)。濕陷系數(shù)s。如圖1圖1黃土壓縮實(shí)驗(yàn)曲線式中：h0土樣的原始高度(m)；hp土樣在無(wú)側(cè)向膨脹條件下，在規(guī)定實(shí)

3、驗(yàn)壓力P的作用下壓縮穩(wěn)定后的高度(m)；hp對(duì)在壓力作用下的土樣進(jìn)行浸水到達(dá)濕陷穩(wěn)定后的土樣高度(m)。濕陷系數(shù)s為單位厚度土層由于浸水在規(guī)定壓力產(chǎn)生的濕陷量，它定量地表示了土樣所代表黃土層的濕陷程度，所以規(guī)范規(guī)定，在一定壓力作用下，s0.015時(shí)應(yīng)定為濕陷性黃土，否則應(yīng)定為非濕陷性黃土。另外，黃土的濕陷性與所受的壓力大小有關(guān)，使黃土產(chǎn)生濕陷臨界壓力稱為濕陷起始?jí)毫s不同的黃土其Ps不同。若Ps小于上覆土的飽和自重時(shí)，則該土層在上覆土層自重壓力的作用下受水即刻發(fā)生濕陷，稱為自重濕陷性黃土。如果土的Ps大于上覆土的飽和自重，則土層在上覆土自重壓力作用下，并不發(fā)生濕陷，稱為非自重濕陷性黃土。自重

4、濕陷性黃土受水浸濕后，濕陷現(xiàn)象比較明顯且嚴(yán)重，在自重濕陷地區(qū)發(fā)生的結(jié)構(gòu)物事故較多，特別是我省隴東、隴西地區(qū)。為了正確反映濕陷性黃土地層的濕陷程度，并聯(lián)系結(jié)構(gòu)物和地基實(shí)際，合理地采用有效的防護(hù)措施，可用地基內(nèi)各土層的濕陷系數(shù)，求得地基的計(jì)算濕陷量s。ssii·hi式中：sii地基內(nèi)第I層濕陷性黃土的濕陷系數(shù)；hi第I層濕陷性黃土的厚度(m)。濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)如表1。表1濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)地基的計(jì)算濕陷量(m) 濕陷等級(jí)0.05s0.15 0.15s0.35 s0.35 s只是濕陷性黃土地基的定性指標(biāo)，它并不代表地基的真實(shí)濕陷量。由于我國(guó)黃土上部土層的濕陷性比下部土層大，而

5、地基上部土層受水浸濕的可能性又較大，因此在上式中地基的計(jì)算濕陷土層厚度一般定為從基底算起至其下5m為止。由于被地下水浸泡的那部分黃土層一般不具有濕陷性，當(dāng)5m內(nèi)已見(jiàn)地下水，則算至平均年地下水位為至。在5m深度內(nèi)如有非濕陷性黃土層，則不將此層土的濕陷量累計(jì)在內(nèi)。濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)越高浸水后可能產(chǎn)生的濕陷量就越大，對(duì)結(jié)構(gòu)物的危害也越大，因此TRANBBS設(shè)計(jì)措施要求也越高。另外，我國(guó)建筑規(guī)范還規(guī)定當(dāng)基底下面土層包含有自重濕陷性黃土，可按下式判別是否屬自重濕陷性地基。zs2si·hi式中：zs地基的計(jì)算自重濕陷量(m)；si第I層土在上覆土的飽和自重壓力下，測(cè)得自重濕陷系數(shù)；hi第I

6、層土的厚度(m)。上式計(jì)算深度可自基礎(chǔ)底面算至基下10m為止。但其中zss0.015的土層不累計(jì)。根據(jù)大量的室內(nèi)外試驗(yàn)對(duì)比確定，當(dāng)zs0.07m時(shí)可定為非自重濕陷性黃土地基；zs0.11m時(shí)為自重濕陷性黃土地基；zs為0.070.11m時(shí)，可結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。在黃土地區(qū)修建結(jié)構(gòu)物，應(yīng)首先考慮選用非濕陷性黃土地基，它較經(jīng)濟(jì)可靠，如確定基礎(chǔ)位于濕陷性黃土上，則應(yīng)盡量利用非自重濕陷性黃土地基，因?yàn)檫@種地基的處理與自重濕陷性黃土地基相比，要求較低。3濕陷性黃土地基的處理方法濕陷性黃土地基處理的方法很多，在不同的地區(qū)，根據(jù)不同的地基土質(zhì)和不同的結(jié)構(gòu)物，地基處理應(yīng)選用不同的處理方法。在勘察階段，經(jīng)過(guò)現(xiàn)

7、場(chǎng)取樣，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定屬于自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土，以及濕陷性黃土層的厚度、濕陷等級(jí)、類別后，通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析比較，綜合考慮工藝環(huán)境、工期等諸多方面的因素。最后選擇一個(gè)最合適的地基處理方法，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。所采用的有墊層法、強(qiáng)夯法、灰土樁擠密法、深層攪拌樁法、振沖碎石樁法等。本文根據(jù)近幾年在公路建設(shè)中所見(jiàn)所聞，淺述一些自己的看法和建議與同行共同討論。3.1灰土和素土墊層法3.1.1將基底以下濕陷性土層全部挖除或挖至預(yù)計(jì)的深度，然后以灰土或素土分層回填夯實(shí)。墊層厚度一般為1.03.0m。它消除了墊層范圍內(nèi)的濕陷性，減輕或避免了

8、地基因附加壓力產(chǎn)生的濕陷，可以使地基的自重濕陷表現(xiàn)不出來(lái)。這種方法施工簡(jiǎn)易，效果顯著，是一種常用的地基淺層處理或部分濕陷性處理方法，經(jīng)這種方法處理的灰土墊層的地基承載力可達(dá)到300KPa(素土墊層可達(dá)200KPa)且有良好的均勻性。3.1.2施工中應(yīng)注意的問(wèn)題：(1)地基土的含水量，對(duì)于含水量較大，或曾局部基坑進(jìn)水者，要采取相應(yīng)的措施(如涼曬等)，嚴(yán)格控制灰土(或素土)的最佳含水量，對(duì)接近最佳含水量時(shí)，寧小勿大，偏大時(shí)土體強(qiáng)度則顯著下降，變形明顯增大。(2)墊層處理的寬度要達(dá)到規(guī)范要求，使碾壓設(shè)備能充分碾壓到位，還使形成的墊層壓實(shí)度產(chǎn)生差異。(3)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，施工中碾壓分層的厚度不宜大于30c

9、m，并逐層檢測(cè)壓實(shí)度，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。3.2強(qiáng)夯法3.2.1強(qiáng)夯法亦稱動(dòng)力固結(jié)法，通過(guò)重錘的自由落下，對(duì)土體進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，以提高其強(qiáng)度，降低其壓縮性，該法設(shè)備簡(jiǎn)單，原理直觀，適用廣泛，特別是對(duì)非飽和土加固效果顯著。這種方法加固地基速度快，效果好，投資省，是當(dāng)前最經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的地基加固方法之一。3.2.2施工中注意的問(wèn)題(1)首先在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)考慮濕陷性黃土處于哪一種類別、等級(jí)，以及場(chǎng)地等因素，因?yàn)閺?qiáng)夯的夯擊能量，夯點(diǎn)布置，夯擊深度，夯擊次數(shù)和遍數(shù)等因場(chǎng)地而異，土的含水量、孔隙比及夯擊的單位面積夯擊能對(duì)濕陷性黃土的強(qiáng)夯有效加固深度起著重要的作用。在經(jīng)過(guò)試夯后確定出設(shè)計(jì)參數(shù)，確定施工設(shè)計(jì)方案，因此不

10、經(jīng)試夯確定施工參數(shù)往往會(huì)給工程造成后患。(2)由于強(qiáng)夯影響深度內(nèi)土的含水量差異，會(huì)導(dǎo)致局部處理效果不佳，對(duì)于此種情況必須采取土的增濕或減濕措施，以免出現(xiàn)橡皮土情況。如有此種情況，應(yīng)立即停止夯擊，當(dāng)涼曬一定時(shí)間后，在夯擊坑內(nèi)加入碎石類的粗骨料，繼續(xù)夯擊。(3)施工中在控制關(guān)鍵工序上嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，因?yàn)橐环菰O(shè)計(jì)提供后，錘重、落距、夯點(diǎn)布置等是沒(méi)有隨意性的，而唯一可能被人為改變的是夯擊次數(shù)，因在試夯時(shí)根據(jù)最后夯擊的沉降量來(lái)確定夯擊次數(shù)的，當(dāng)別的參數(shù)已確定后，它就成為影響處理的唯一因素，所以施工中應(yīng)以它為質(zhì)量控制的關(guān)鍵工序管理點(diǎn)。(4)強(qiáng)夯結(jié)束后，檢測(cè)的重點(diǎn)是判定它的有效加固深度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因?yàn)橛行?/p>

11、加固深度的第一標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是消除濕陷性，也就是以s0.015作為判別指標(biāo)。所以檢驗(yàn)手段應(yīng)采用探井取不擾動(dòng)土試樣進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)這一指標(biāo)達(dá)到要求后，一般情況下對(duì)承載力的要求等也均可滿足。3.3深層攪拌樁法3.3.1探層攪拌樁是復(fù)合地基的一種，近幾年在黃土地區(qū)應(yīng)用比較廣泛，可用于處理含水量較高的濕陷性弱的黃土。它具有施工簡(jiǎn)便、快捷、無(wú)振動(dòng)，基本不擠土，低噪音等特點(diǎn)。深層攪拌樁的固化材料有石灰、水泥等，一般都采用后者作固化材料。其加固機(jī)理是將水泥摻入粘土后，與粘土中的水分發(fā)生水解和水化反應(yīng)，進(jìn)而與具有一定活性的粘土顆粒反應(yīng)生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，這些新生成的化合物在水中或空氣中發(fā)生凝硬反應(yīng)，使水泥有一

12、定的強(qiáng)度，從而使地基土達(dá)到承載的要求。深層攪拌樁的施工方法有干法施工和濕法施工兩種，干法施工就是“粉噴樁”，其工藝是用壓縮空氣將固化材料通過(guò)深層攪拌機(jī)械噴入土中并攪拌而成。因?yàn)檩斎氲氖撬喔煞郏虼吮厝粚?duì)土的天然含水量有一定的要求，如果土的含水量較低時(shí)，很容易出現(xiàn)樁體中心固化不充分、強(qiáng)度低的現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至根本沒(méi)有強(qiáng)度。在某些含水量較高的土層中也會(huì)出現(xiàn)類似的情況。因此，應(yīng)用粉噴樁的土層中含水量應(yīng)超過(guò)30%，在飽和土層或地下水位以下的土層中應(yīng)用更好。濕法施工是將水泥攪拌成漿后注入土中的方法。水泥漿通過(guò)柱塞式泥漿泵強(qiáng)制注入，除非特殊情況很少斷漿，施工中一般采用預(yù)攪下沉?xí)r就噴漿的工藝，因此樁體的均勻

13、性比干法施工好。但噴漿增加了水泥土的含水量，強(qiáng)度會(huì)受到一定影響，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需根據(jù)土的工程性質(zhì)，尤其是含水量情況作出適當(dāng)?shù)倪x擇。3.3.2施工中應(yīng)注意的問(wèn)題(1)必須在設(shè)計(jì)或施工中采取有效措施來(lái)保證攪拌樁復(fù)合地基各參數(shù)能達(dá)到各自的設(shè)計(jì)值，否則設(shè)計(jì)的可靠度會(huì)降低，如樁端為硬土，或樁長(zhǎng)超過(guò)臨界樁長(zhǎng)時(shí)， (樁間土承載力拆減系數(shù))取值高于規(guī)定，就必須采取設(shè)置褥墊層或其他方法使樁間土發(fā)揮較高的強(qiáng)度，選用較高的樁體強(qiáng)度時(shí)，就必須采取增加水泥用量、摻加外加劑、復(fù)攪等措施，才能保證設(shè)計(jì)與預(yù)期的實(shí)際結(jié)果比較一致。(2)施工中為達(dá)到強(qiáng)度要求，有必要進(jìn)行復(fù)攪。復(fù)攪是在樁的一部分或樁的全長(zhǎng)重復(fù)攪拌一次，其作用是：改善樁

14、體的均勻性，如第一次注漿不均勻時(shí)，可通過(guò)復(fù)攪調(diào)節(jié)，提高樁長(zhǎng)方向上的均勻程度，同時(shí)，也使樁截面內(nèi)的均勻性得到改善?，F(xiàn)場(chǎng)不同樁段有不同的水泥摻入比，使不同樁段有不同的樁身強(qiáng)度。(3)加強(qiáng)施工管理，因?yàn)闃扼w的固化材料需由壓縮空氣作載體，而氣體流速、流量受土層情況的影響，人工難以調(diào)節(jié)，所以施工機(jī)械應(yīng)采用帶有自動(dòng)控制噴漿、噴粉的裝置，以消除施工中一些人為因素，便于監(jiān)督檢查，避免由于噴漿和噴粉不均勻或者噴漿量、噴粉量未達(dá)到設(shè)計(jì)要求而發(fā)生斷樁問(wèn)題。(4)現(xiàn)場(chǎng)施工中應(yīng)勤于檢查，嚴(yán)格監(jiān)督。深層攪拌樁屬于一種柔性樁，樁身檢測(cè)較困難，施工時(shí)質(zhì)量有疏忽，就可能發(fā)生斷樁現(xiàn)象。目前用低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法檢測(cè)攪拌樁的質(zhì)量得到了肯定，可用此法或結(jié)合抽芯取樣檢測(cè)法控制質(zhì)量。4 結(jié)語(yǔ)上述幾種濕陷性黃土地基的處理方法