濕陷性黃土地基

第一節(jié)濕陷性黃土地基特殊土我國(guó)幅員廣闊，地質(zhì)條件復(fù)雜，分布土類(lèi)繁多，工程性質(zhì)各異。有些土類(lèi)，由于地理環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)成因、物質(zhì)成分及次生變化等原因而各具有與一般土類(lèi)顯著不同的特殊工程性質(zhì)，當(dāng)其作為建筑場(chǎng)地、地基及建筑環(huán)境時(shí)，如果不注意這些特點(diǎn)，并采取相應(yīng)的治理措施，就會(huì)造成工程事故。特殊土分布的區(qū)域性：各種天然或人為形成的特殊土的分布，都有其一定的規(guī)律，表現(xiàn)一定的區(qū)域性特殊土的分布沿海及內(nèi)陸地區(qū)各種成因的軟土：主要分布于西北、華北等干旱、半干旱氣候區(qū)的黃土；主要分布于南方和中南地區(qū)的膨脹土；高緯度、高海拔地區(qū)的多年凍土。濕陷性黃土在我國(guó)，黃土分布的面積約有64萬(wàn)平方公里，主要分布在秦嶺以北的黃河中游地區(qū)。濕陷性：天然黃土在一定壓力作用下，被水浸濕后土的結(jié)構(gòu)受到破壞而發(fā)生突然下沉的現(xiàn)象。非濕陷性黃土黃土濕陷性黃土自重濕陷性黃土非自重濕陷性黃土公路工程中特別注意！濕陷性黃土的特征

黃土的結(jié)構(gòu)由骨架顆粒、黏膠粒及碳酸鹽組合而成，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯孔隙比變化在0.85—1.24之間，孔隙愈大，濕陷性愈強(qiáng)天然含水量低是，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，濕陷性強(qiáng)烈，隨著含水量增大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，濕陷性減弱壓縮細(xì)說(shuō)一般介于0.1—1.0MPa-1之間，新近堆積黃土一般具有高壓縮性黃土發(fā)生濕陷的原因與主要影響因素

發(fā)生的原因內(nèi)在因素：黃土的結(jié)構(gòu)特征及其物質(zhì)組成。黃土的結(jié)構(gòu)是在形成黃土的整個(gè)歷史過(guò)程中造成的，干旱和半干旱的氣候是黃土形成的必要條件。黃土在枯燥時(shí)具有較高的強(qiáng)度，而遇水后表現(xiàn)出明顯的濕陷性，這是由黃土本身特殊的成分和結(jié)構(gòu)所決定的。外部條件：水的浸潤(rùn)和壓力作用。黃土濕陷性的影響因素黃土濕陷性強(qiáng)弱與其微結(jié)構(gòu)特征、顆粒組成、化學(xué)成分等因素有關(guān)，在同一地區(qū)，土的濕陷性又與其天然孔隙比和天然含水量有關(guān)，并取決于浸水程度和壓力大小。1．根據(jù)對(duì)黃土的微結(jié)構(gòu)的研究，黃土中骨架顆粒的大小、含量和膠結(jié)物的聚集形式，對(duì)于黃土濕陷性的強(qiáng)弱有著重要的影響。骨架顆粒愈多，彼此接觸，那么粒間孔隙大，膠結(jié)物含量較少，成薄膜狀包圍顆粒，粒間連結(jié)脆弱，因而濕陷性愈強(qiáng)；相反，骨架顆粒較細(xì)，膠結(jié)物豐富，顆粒被完全膠結(jié)，那么粒間連結(jié)牢固，結(jié)構(gòu)致密，濕陷性弱或無(wú)濕陷性。2．黃土中粘土粒的含量愈多，并均勻分布在骨架顆粒之間，那么具有較大的膠結(jié)作用，土的濕陷性愈弱。3．黃土中的鹽類(lèi)，如以較難溶解的碳酸鈣為主而具有膠結(jié)作用時(shí)，濕陷性減弱，而石膏及易溶鹽含量愈大，土的濕陷性愈強(qiáng)。4．影響黃土濕陷性的主要物理性質(zhì)指標(biāo)為天然孔隙比和天然含水量。當(dāng)其它條件相同時(shí)，黃土的天然孔隙比愈大，那么濕陷性愈強(qiáng)。實(shí)際資料說(shuō)明；西安地區(qū)的黃土，如e＜0.9，那么一般不具濕陷性或濕陷性很??；蘭州地區(qū)的黃土，如e＜0.86，那么濕陷性一般不明顯。黃土的濕陷性隨其天然含水量的增加而減弱。5．在一定的天然孔隙比和天然含水量情況下，黃土的濕陷變形量將隨浸濕程度和壓力的增加而增大，但當(dāng)壓力增加到某一個(gè)定值以后，濕陷量卻又隨著壓力的增加而減少。6．黃土的濕陷性從根本上與其堆積年代和成因有密切關(guān)系。充分反映了我國(guó)黃土的地層年代劃分及其濕陷性特征。黃土濕陷性的判定黃土的濕陷性判定多用室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)所得的濕陷系數(shù)來(lái)判定，試驗(yàn)方法根本同一般土，所不同的是在規(guī)定壓力作用下并壓縮穩(wěn)定后開(kāi)始浸水，計(jì)算土樣在浸水前后并壓縮穩(wěn)定后的高度或孔隙比，求出濕陷系數(shù)，用來(lái)判定黃土是否具有濕陷性，黃土的濕陷系數(shù)按下式計(jì)算:或其中：、－－分別是保持天然含水量和結(jié)構(gòu)的土樣，在側(cè)限條件下加壓到規(guī)定壓力P〔KPa〕時(shí)，壓縮穩(wěn)定后的高度〔cm〕和孔隙比；分別是上述加壓穩(wěn)定后的土樣，在浸水作用下壓縮穩(wěn)定后的高度(cm)和孔隙比；分別是土樣的原始高度(cm)和原始孔隙比；判定實(shí)驗(yàn)溫室濕陷系數(shù)的垂直壓力，自根底底面〔如基底高程不確定是，自地面下1.5米〕算起：基底下10米以?xún)?nèi)的土層壓力用200Kpa;10米以下至非濕陷性土層頂面，應(yīng)用其上覆土的飽和自重壓力〔當(dāng)大于300Kpa時(shí)，仍用300KPa〕。當(dāng)基底壓力大于300Kpa時(shí)，宜按實(shí)際壓力測(cè)定的濕陷系數(shù)來(lái)判定黃土的濕陷性。對(duì)壓縮性較高的新近堆積黃土，基底下5m以?xún)?nèi)的土層宜用100---150kPa壓力，5—10m和10m以下至非濕陷性黃土層頂面，應(yīng)分別用200kPa和上覆土的飽和自重壓力濕陷性黃土地基濕陷類(lèi)型的劃分濕陷類(lèi)型按自重濕陷量或計(jì)算自重濕陷量來(lái)判定=式中：第i層土在上覆土的飽合自重壓力下的自重濕陷系數(shù)其中：保持天然濕度和結(jié)構(gòu)的第i個(gè)土樣，加壓至土的飽合自重壓力時(shí)，下沉穩(wěn)定后的高度。－－上述加壓穩(wěn)定后的土樣，在浸水作用下，下沉穩(wěn)定后的高度。－－第i個(gè)土樣的原始高度。第i層土的厚度〔cm〕；－－因地區(qū)而異的土質(zhì)修正系數(shù)。查標(biāo)準(zhǔn)。自重濕陷量小于7cm時(shí)，應(yīng)定為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地；自重濕陷量大于7cm時(shí)，應(yīng)定為自重濕陷濕黃土場(chǎng)地。濕陷性黃土地基濕陷等級(jí)的判定由假設(shè)干個(gè)具有不同濕陷系數(shù)的黃土層所組成的濕陷性黃土地基，它的濕陷程度是由這些土層被水浸濕后可能發(fā)生濕陷量的總和來(lái)衡量黃土地基總濕陷量

式中：第i層土的濕陷系數(shù)；第i層土的厚度；考慮地基土的受水浸濕可能性和側(cè)向擠出的浸水時(shí)機(jī)等因素的修正系數(shù)〔見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)〕?？倽裣萘坑?，濕陷等級(jí)愈高，地基浸水后建筑物和地面的變形愈嚴(yán)重，對(duì)建筑物的危害也愈大。因此，對(duì)不同的濕陷等級(jí)，應(yīng)采取相應(yīng)不同的設(shè)計(jì)措施。而要確定濕陷等級(jí)，那么首先要解決可能被水浸濕和產(chǎn)生濕陷的濕陷性黃土層的厚度以及濕陷等級(jí)界限值的合理確定。應(yīng)該指出：總濕陷量是假定建筑物地基在規(guī)定的壓力作用下充分浸水時(shí)的濕陷變形，它沒(méi)有考慮地基與建筑物的共同作用。而且建筑物地基可能發(fā)生的濕陷變形取決于很多因素，如浸水機(jī)率、浸水方式、浸水時(shí)間、浸入地基的水量、根底面積、根底形式和基底壓力大小等，所以總濕陷量只是近似地反映了地基土的濕陷程度，而并非是建筑物地基的實(shí)際可能濕陷量。濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)濕陷類(lèi)型

zs(cm)

s(cm)非自重濕陷性地基自重濕陷性地基≤77<

zs≤35>35≤30Ⅰ(輕微)Ⅱ(中等)——30<s≤60Ⅱ(中等)Ⅱ或ⅢⅢ(嚴(yán)重)>60——Ⅲ(嚴(yán)重)Ⅳ(很?chē)?yán)重)濕陷性黃土地基的處理濕陷性黃土地基處理的目的是改善土的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，減小土的滲水性、壓縮性，控制其濕陷性的發(fā)生，局部或全部消除濕陷性。在黃土地區(qū)修筑建〔構(gòu)〕筑物，應(yīng)首先考慮選用非濕陷性黃土地基，它比較經(jīng)濟(jì)和可靠。如確定根底在濕陷性黃土地基上，應(yīng)盡量利用非自重濕陷性黃土地基，因?yàn)檫@種地基的處理要求比自重濕陷性黃土地基低。橋梁工程中，對(duì)較高的墩、臺(tái)和超靜定結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用剛性擴(kuò)大根底、樁根底或沉井等形式，并將底面設(shè)置到非濕陷性土層中。對(duì)一般結(jié)構(gòu)的大中橋梁、重要道路人工構(gòu)造物，如屬Ⅱ級(jí)非自重濕陷性地基或各級(jí)自重濕陷性黃土地基，也應(yīng)將根底置于非濕陷性黃土層或?qū)θ繚裣菪渣S土層進(jìn)行處理并加強(qiáng)結(jié)構(gòu)措施。小橋涵及其附屬工程和一般道路人工構(gòu)造物視地基濕陷程度，可對(duì)全部濕陷性土層進(jìn)行處理，也可消除地基的局部濕陷性或僅采取結(jié)構(gòu)措施。結(jié)構(gòu)措施是指結(jié)構(gòu)形式盡可能采用簡(jiǎn)支梁等對(duì)不均勻沉降不敏感的結(jié)構(gòu)；加大根底剛度使受力較均勻；對(duì)長(zhǎng)度較大和體形復(fù)雜的結(jié)構(gòu)物，采用沉降縫將其分為假設(shè)干獨(dú)立單元等。全部消除濕陷性的方法即自基底處理至非濕陷性土層的頂面。局部消除濕陷性的方法即只處理根底底面以下適當(dāng)深度的土層，因這局部土層的濕陷量一般占總濕陷量的大局部。一般對(duì)非自重濕陷性黃土為1～3m，自重濕陷性黃土地基為2～5m處理濕陷性黃土地基的方法〔一〕灰土或素土墊層將基底以下濕陷性土層全部挖除或挖到預(yù)計(jì)的深度，然后用灰土(石灰與土的體積比為3：7)或素土分層夯實(shí)回填，墊層厚度及尺寸計(jì)算方法同砂礫墊層，壓力擴(kuò)散角θ對(duì)灰土采用30度，對(duì)素土采用22度。墊層厚度一般為1.0～3.0m。它消除了墊層范圍內(nèi)土的濕陷性，減輕或防止了地基附加應(yīng)力產(chǎn)生的濕陷，如果將地基持力層內(nèi)的濕陷性黃土局部挖除采用墊層，可以使地基的非自重濕陷消除。它施工簡(jiǎn)易，效果顯著，是一種常用的地基淺層濕陷性處理或局部處理的方法。〔二〕重錘夯實(shí)法及強(qiáng)夯法

重錘夯實(shí)法能消除淺層的濕陷性。如用14～40kN的重錘，落高2.5～4.5m,在最正確含水量情況下，可消除在1.0～1.5m深度內(nèi)土層的濕陷性。根據(jù)國(guó)內(nèi)使用記錄，強(qiáng)夯法也能消除黃土的濕陷性，并可提高承載力。當(dāng)錘重100～200kN，自由下落高度為10～20m,錘擊兩遍，可消除4～6m深度范圍內(nèi)黃土的濕陷性。重錘夯實(shí)法起吊設(shè)備簡(jiǎn)單，易于解決，施工速度快，造價(jià)低。20世紀(jì)60年代曾在我國(guó)濕陷性黃土地區(qū)廣泛采用，但近年來(lái)那么根本上已被強(qiáng)夯法所替代，很少采用了?！踩呈彝翑D密樁法、二灰〔石灰與粉煤灰〕擠密樁法用打入樁、沖鉆或爆擴(kuò)等方法在土中成孔，然后用素土、石灰土或?qū)⑹遗c粉煤灰混合分層夯填樁孔而成樁，用擠密的方法破壞黃土地基的松散、大孔結(jié)構(gòu)，以消除或減輕地基的濕陷性。此方法適用于消除5～10m深度內(nèi)地基土的濕陷性?！菜摹愁A(yù)浸水處理

自重濕陷性黃土地基利用其自重濕陷性的特性，可在建〔構(gòu)〕筑物修筑前，先將地基充分浸水，使其在自重作用下發(fā)生濕陷，然后再修筑建〔構(gòu)〕筑物。預(yù)浸水適用于處理厚度大于10m而自重濕陷量大于50cm的自重濕陷性黃土場(chǎng)地，浸水坑的邊長(zhǎng)不小于濕陷性土層的厚度，坑內(nèi)水位不應(yīng)小于30cm，浸水時(shí)間以濕陷變形穩(wěn)定為準(zhǔn)。工程實(shí)踐說(shuō)明，這樣一般可以消除地表下5m以?xún)?nèi)黃土的自重濕陷性和它下部土層的濕陷性，效果較好。但預(yù)浸水后，地面下5m內(nèi)的土層還不能消除因外荷所引起的濕陷變形，還需按非自重濕陷性黃土地基配合采用土墊層、重錘夯實(shí)法或強(qiáng)夯法等措施進(jìn)行處理。由于此方法耗水量大，處理時(shí)間長(zhǎng)〔約3～6月〕，所以在推廣應(yīng)用上有一定的局限性。此外，也應(yīng)考慮預(yù)浸水對(duì)鄰近建〔構(gòu)〕筑物和場(chǎng)地邊坡穩(wěn)定性的影響，附近地表可能產(chǎn)生開(kāi)裂、下沉等。〔五〕單液硅化法和堿液法單液硅化法是硅化加固法的一種，是指將硅酸鈉溶液〔Na2O·nSiO2〕〔常稱(chēng)為液體水玻璃〕灌入土中，當(dāng)溶液和含有大量水溶性鹽類(lèi)的土相互作用時(shí)，產(chǎn)生硅膠將土顆粒膠結(jié)，提高水的穩(wěn)定性，消除黃土的濕陷性，提高土的強(qiáng)度。堿液法是將具有一定濃度的NaOH溶液經(jīng)加熱到90～100°C，通過(guò)有孔鐵管在其自重作用下灌入土中，利用NaOH溶液來(lái)加固粘性土，使土顆粒外表相互溶合粘結(jié)。對(duì)于鈣質(zhì)飽和的粘性土〔如濕陷性黃土〕能獲得較好的效果，對(duì)軟土需同時(shí)使用氯化鈣溶液。這是因?yàn)闅溲趸}溶液注入土中后，土粒表層會(huì)逐漸發(fā)生膨脹和軟化，進(jìn)而發(fā)生外表的相互溶合和膠結(jié)，但這種溶合膠結(jié)是非水穩(wěn)性的，只有在土粒周?chē)嬖谟蠧a(OH)2和Mg(OH)2的條件下，才能使這種膠結(jié)構(gòu)成為強(qiáng)度高且具有水硬性的鈣鋁硅酸鹽絡(luò)合物。這些絡(luò)合物的生成將使土粒牢固膠結(jié)，強(qiáng)度大大提高，并且具有充分的水穩(wěn)性。由于黃土中鈣、鎂離子含量一般都較高〔屬于鈣、鎂離子飽和土〕，故采用單液加固已足夠。如果鈣、鎂離子含量較低，那么需考慮采用堿液與氯化鈣溶液的雙液法加固。為了提高堿液加固黃土的早期強(qiáng)度，也可適當(dāng)注入一定量的氯化鈣溶液。單液硅化法和堿液法適用于處理地下水位以上滲透系數(shù)為0.10～2.00m/d的濕陷性黃土等地基。在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，對(duì)II級(jí)濕陷性地基，由于堿液法在自重濕陷性黃土地區(qū)使用較少，而且加固深度缺乏5m，為防止采用堿液法加固既有建筑物地基產(chǎn)生附加沉降，當(dāng)采用堿液法加固時(shí)，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定其可行性。采用單液硅化法和堿液法加固濕陷性黃土地基，應(yīng)于施工前在擬加固的建〔構(gòu)〕筑物附近進(jìn)行單孔或多孔灌注溶液試驗(yàn)，確定灌注溶液的速度、時(shí)間、數(shù)量或壓力等參數(shù)。灌注溶液試驗(yàn)結(jié)束后，隔7～10天，應(yīng)在試驗(yàn)范圍的加固深度內(nèi)量測(cè)加固土的半徑，并取土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)定加固土的壓縮性和濕陷性等指標(biāo)。必要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行浸水載荷試驗(yàn)或其他原位測(cè)試，以確定加固土的承載力和濕陷性。對(duì)酸性土和已滲入瀝青、油脂及石油化合物的地基土，不宜采用單液硅化法和堿液法。濕陷性黃土地基的承載力特征值和沉降計(jì)算濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50025-2004〕規(guī)定，濕陷性黃土地基承載力特征值，應(yīng)根據(jù)地基載荷試驗(yàn)及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。當(dāng)根底寬度大于3m或埋置深度大于1.5m時(shí)，地基承載力特征值應(yīng)按下式修正：式中：[fa]--修正后的地基承載力特征值；[fak]--地基承載力特征值ηb、ηd--根底寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)γ--根底底面以下土的重度，地下水