淺析濕陷性黃土建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與處理

龔桂林，趙 研

(信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院，四川成都610021)

濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，在一定的壓力下，下沉穩(wěn)定后，受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉。故在濕陷性黃土場地上進(jìn)行建設(shè)，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對建筑產(chǎn)生危害。

1 濕陷性黃土場地地基評價(jià)

濕陷性黃土場地地基評價(jià)主要有三個(gè)指標(biāo)。

1.1 黃土的濕陷系數(shù)δs

黃土濕陷性的判定，δs是一個(gè)重要指標(biāo)，根據(jù)室內(nèi)浸水壓縮試驗(yàn)測定結(jié)果，我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025-2004)規(guī)定為：

當(dāng)濕陷性系數(shù)δs<0.015時(shí)，定為非濕陷性黃土；

當(dāng)濕陷性系數(shù)δs≥0.015時(shí)，定為濕陷性黃土。

這里可以得出，黃土濕陷是在水和壓力的共同作用下產(chǎn)生的，二者缺一不可。即僅有水而無一定壓力，黃土濕陷是不會(huì)產(chǎn)生的；反之，僅有一定壓力而無水浸濕黃土，其濕陷亦無法產(chǎn)生。

1.2 濕陷性黃土場地自重濕陷量的計(jì)算值 Δzs

自重濕陷量的計(jì)算值Δzs是先根據(jù)場地的取土勘探點(diǎn)所取原狀土樣，在室內(nèi)進(jìn)行浸水壓縮試驗(yàn)，測出各土層在其上覆土的飽和自重壓力下的自重濕陷系數(shù)δzs值。然后根據(jù)下式求出自重濕陷量的計(jì)算值Δzs：

其中:β0是因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)，是自重濕陷量的計(jì)算值與實(shí)測值的差異系數(shù)。

濕陷性黃土場地存在非自重濕陷性和自重濕陷性兩種類型，前者主要由非自重濕陷性黃土層組成，濕陷起始壓力值一般大于其上覆土的飽和自重壓力值，場地充分浸水時(shí)，不產(chǎn)生自重濕陷或自重濕陷量的計(jì)算值(或?qū)崪y值)小于70 mm；后者主要由自重濕陷性黃土層組成，濕陷起始壓力值一般小于其上覆土的飽和自重壓力值，場地充分浸水時(shí)，自重濕陷量的計(jì)算值(或?qū)崪y值)大于70 mm。

1.3 濕陷性黃土地基受水浸泡濕陷量的計(jì)算值 Δs

濕陷性黃土地基是由基底下不同厚度的濕陷性黃土層所組成，濕陷等級用以表示地基的濕陷程度。而判定濕陷性黃土地基的濕陷等級，就需要用到濕陷性黃土地基受水浸泡濕陷量的計(jì)算值 Δs：

其中:β是考慮地基土的側(cè)向基礎(chǔ)和浸水幾率等因素的修正系數(shù)。

我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025-2004)規(guī)定，根據(jù)濕陷量的計(jì)算值和自重濕陷量的計(jì)算值將場地濕陷類型不同的地基劃分為Ⅰ(輕微)、Ⅱ(中等)、Ⅲ(嚴(yán)重)、Ⅳ(很嚴(yán)重)四級。劃分地基濕陷等級是為設(shè)計(jì)采取措施之用，防止采取一刀切的措施。

2 濕陷性黃土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1 濕陷性黃土地基處理需要考慮的幾個(gè)因素

濕陷性黃土地基處理的主要目的：一是全部或部分消除場地地基的濕陷量，二是提高地基承載力。要達(dá)到這兩個(gè)目的，地基處理設(shè)計(jì)需考慮幾方面的因素：一是確認(rèn)地基處理黃土層的厚度，二是確認(rèn)地基處理的平面范圍，三是確認(rèn)承載力需要提高到什么樣的水平。濕陷性黃土地基處理及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮上述因素，選取合理的地基處理方法。

地基處理黃土層的厚度，根據(jù)建筑物的類別，分為全部消除濕陷量和部分消除濕陷量兩種情況。當(dāng)需要消除建筑物地基全部濕陷量時(shí)(甲類建筑)，非自重濕陷性黃土場地，應(yīng)將基礎(chǔ)底面以下附加壓力與上覆土的飽和自重壓力之和大于濕陷起始壓力的所有土層進(jìn)行處理，或處理至地基壓縮層的深度止；在自重濕陷性黃土場地，應(yīng)處理基礎(chǔ)底面以下的全部濕陷性黃土層。當(dāng)需要消除建筑物地基部分濕陷量時(shí)(乙類、丙類建筑)，根據(jù)濕陷性黃土地基充分受水浸濕后的濕陷變形范圍，消除地基部分濕陷量，應(yīng)主要處理基礎(chǔ)底面以下濕陷性大(δs≥0.07、δzs≥0.05)及濕陷性較大(δs≥0.04、δzs≥0.03)的土層，因?yàn)橘N近基底下的上述土層，附加應(yīng)力大，并容易受管道和地溝等漏水引起濕陷。工程實(shí)踐表明，當(dāng)?shù)鼗幚砗蟮氖Ｓ酀裣萘看笥?20 mm時(shí)，建筑物在使用期間，地基受水浸濕均產(chǎn)生嚴(yán)重或較嚴(yán)重的濕陷事故；當(dāng)?shù)鼗幚砗蟮氖Ｓ酀裣萘拷橛?20～130 mm時(shí)，建筑物在使用期間，地基受水浸濕均產(chǎn)生輕微濕陷事故。

地基處理的平面范圍，可分為局部處理和整片處理。局部處理是在獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底面下進(jìn)行處理，使基底壓力得以擴(kuò)散，以減小下臥層頂面的附加應(yīng)力；整片處理是在整個(gè)建筑物的平面范圍內(nèi)進(jìn)行處理，以增強(qiáng)防水效果。

濕陷性黃土本身的承載力特征值fak一般在140～180 kPa，屬中軟土，多高層建筑建設(shè)中此類地基土基本上都需要進(jìn)行地基處理，以提高其承載力。而建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要將濕陷性黃土地基的承載力提高到什么樣的水平，對地基處理方法的選取也是至關(guān)重要的。比如要求地基承載力達(dá)到200～250 kPa，那么墊層法、強(qiáng)夯法、擠密法等均可達(dá)到目的。而高層建筑或重型多層廠房對地基承載力要求卻要高得多，這時(shí)采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯(DDC法)可使承載力達(dá)到400～600 kPa。另外，亦可采用擠密法消除濕陷后，采用混凝土灌注樁樁基提升承載力的設(shè)計(jì)方法。

另外，濕陷性黃土場地地基土的含水量、飽和度也是影響地基處理的重要因素。

2.2 濕陷性黃土地基處理方法

濕陷性黃土地基常用的處理方法：墊層法、強(qiáng)夯法、擠密法、DDC法、預(yù)浸水法、化學(xué)加固法。為消除地基土的濕陷性，一般在其豎向或橫向采用夯實(shí)擠密的方法，使處理范圍內(nèi)土的孔隙體積減小，干密度增大，壓縮性降低，承載力提高，濕陷性消除。

墊層法包括土墊層和灰土墊層。當(dāng)僅要求消除基底下1～3 m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)要求提高墊層土的承載力及增強(qiáng)水穩(wěn)性時(shí)，宜采用整片灰土墊層進(jìn)行處理。墊層法地基處理，壓實(shí)系數(shù)λc是控制施工質(zhì)量以及設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵，小于或等于3 m的土(或灰土)墊層，λc不應(yīng)小于0.95；大于3 m的土(或灰土)墊層，超過3 m的部分λc不應(yīng)小于0.97。墊層法處理后，墊層的承載力特征值對土墊層不宜超過180 kPa，對灰土墊層不宜超過250 kPa。

強(qiáng)夯法是利用100 kN以上的重錘自由落下時(shí)，在夯擊能和沖擊波的作用下，將地表下一定深度內(nèi)的濕陷性黃土夯至密實(shí)狀態(tài)。采用強(qiáng)夯法處理的濕陷性黃土地基，土的含水量至關(guān)重要。天然含水量低于10%的土，呈堅(jiān)硬狀態(tài)，夯擊能量消耗在表層土上，深部土層不易夯實(shí)；而天然含水量大于塑限含水量3%以上的土，夯擊時(shí)呈軟塑狀態(tài)，容易出現(xiàn)“橡皮土”。為方便施工，當(dāng)現(xiàn)場土體天然含水量較低時(shí)，可對擬夯實(shí)土層加水增濕;當(dāng)天然含水量太大時(shí)，宜采用晾干或其他措施適當(dāng)降低其含水量。在工地可采用塑限含水量wp-(1%～3%)或0.6wL(液限含水量)作為最優(yōu)含水量。根據(jù)不同的地基處理要求，采用相應(yīng)的單擊夯擊能，強(qiáng)夯法消除濕陷性黃土層的有效深度可達(dá)3～12 m，地基承載力可達(dá)200～250 kPa。

擠密法是通過成孔設(shè)備或爆炸能量所產(chǎn)生的橫向擠壓作用形成樁孔，孔內(nèi)土被擠向周圍，使樁間土得以擠密，然后將填料填入孔內(nèi)，并分層夯實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。擠密法是操作性非常靈活的一種地基處理方法，可根據(jù)地基設(shè)計(jì)承載力要求采用不同的填料及夯實(shí)方法，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。一般情況下，孔內(nèi)填料宜采用素土或灰土，用夾桿錘分層回填夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)達(dá)到不小于0.97時(shí)，處理后地基承載力特征值可達(dá)200～250 kPa。當(dāng)?shù)鼗恋暮看笥?4%、飽和度大于65%時(shí)，由于采用沉管成孔容易造成“縮孔”，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》建議不宜采用灰土或素土擠密樁法。此時(shí)采用洛陽鏟取土成孔，重錘夯實(shí)的方法，采用灰土或素土擠密樁法亦可達(dá)到目的。當(dāng)需要較大幅度提高地基承載力時(shí)，孔內(nèi)填料可采用強(qiáng)度較高的水泥土或素混凝土，按復(fù)合地基處理的方式設(shè)計(jì)，處理后地基承載力可提高至400～450 kPa。土擠密法的處理深度5～15 m為宜。

DDC法即孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法，是通過機(jī)具成孔，然后通過孔道在地基處理的深層部位進(jìn)行填料，用具有高動(dòng)能的特制重力錘進(jìn)行沖、砸、擠壓的高壓強(qiáng)、強(qiáng)擠密的夯擊作業(yè)，從而達(dá)到加固地基的目的。DDC法的原理與擠密法基本相同，其填料取材更為廣泛，素土、渣土、灰土、碎石土、生石灰、水泥土、三合土、粉煤灰等均可作為填料。但DDC法地基處理設(shè)計(jì)應(yīng)按復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對單樁承載力有要求。DDC法地基處理的深度可達(dá)30 m，處理后的地基承載力特征值可達(dá)600 kPa。

預(yù)浸水法是通過在場地內(nèi)預(yù)先浸水，使?jié)裣菪渣S土先于工程建設(shè)完成濕陷。由于限制條件較多，如浸水范圍受限、施工周期長、二次勘察等，使該法應(yīng)用較少。

化學(xué)加固法一般用于既有建筑物的地基加固和糾傾，由于其對土體的破壞性，新建工程幾乎不采用化學(xué)加固法。

[1] GB 50025-2004 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S]

[2] JGJ 79-2002/J 220-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]

[3] 羅宇生.濕陷性黃土地基處理[M].中國建筑工業(yè)出版社，2008