濕陷性黃土地基下沉問題的分析及處理方法

1、濕陷性黃土地基下沉問題的分析及處理方法摘要濕陷性黃土的濕陷變形是導(dǎo)致地基下沉的重要原因。本文從濕陷性黃土的 工程地質(zhì)特點(diǎn)入手，介紹濕陷性黃土對地基下沉的影響；結(jié)合工程實例對現(xiàn)有的 幾種典型地基處理方法進(jìn)行了力學(xué)分析；闡述了濕陷性地基下沉處理方法的原 理；總結(jié)處理此類問題的經(jīng)驗，可供工程設(shè)計人員設(shè)計、施工時參考。關(guān)鍵詞 濕陷性黃土；地基處理；1濕陷性黃土的分布及工程性質(zhì)1.1濕陷性黃土的分布中國北緯33 47。之間分布著廣泛的黃土，尤以3445。之間最為發(fā)育， 總面積約為63.5萬平方千米，占世界黃土分布的4.9%左右。其中濕陷性黃土占 中國黃土面積的60%左右，主要分布于黃河中、下游地區(qū)，厚度

2、最大可達(dá)30m 左右，并具有自東向西、自南向北其濕陷性逐漸加劇的規(guī)律。濕陷性黃土由于生 成時不同的地理環(huán)境、氣候條件以及次生變化等原因，使其具有一些特殊的工程 性質(zhì)，在實際工程中，如不對其進(jìn)行處理將會衍生出嚴(yán)重的工程事故。濕陷性黃 土的濕陷變形是引起地基下沉的一個重要因素。我們將在下面的內(nèi)容中分析濕陷 性黃土的性質(zhì)特征以及濕陷變形的機(jī)理并討論其處理方法。1.2濕陷性黃土的工程性質(zhì)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。1.2.1濕陷性黃土的基本性質(zhì)及分類濕陷性黃土的顏色一般為褐色或者灰黃色，顆粒以粉粒為主，孔隙比eN1.0， 一

3、般具有肉眼可見的大空隙，含有較多可溶性鹽類，垂直節(jié)理發(fā)育，能保持直立 的天然邊坡。濕陷性黃土按濕陷性的強(qiáng)弱分為3類，采用室內(nèi)壓縮試驗的方法分類。采用公式5 s = ( h - h )/h0式中：5 濕陷性黃土的濕陷性系數(shù)；/試件在試驗儀中經(jīng)加壓到規(guī)定值時土樣壓縮穩(wěn)定后的高度； hY 試件在試驗儀中經(jīng)加水浸濕且下沉穩(wěn)定后的高度； h0試件在試驗儀中未經(jīng)加壓前的原始高度。分類劃分?jǐn)?shù)值依據(jù)：(1)弱濕陷性0.02V5尸0.03濕陷性 0.03V5聲0.07s(3 )強(qiáng)濕陷性5 0.07S按土的自重濕陷和外力陷落又分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土。1.2.2濕陷性黃土的組成及沉陷機(jī)理濕陷性黃土的結(jié)

4、構(gòu)特征、物質(zhì)組成以及水和壓力分別為黃土產(chǎn)生塌陷的內(nèi)在 于外在因素。濕陷性黃土一般生成于晚更新世或全新世，即距今也就不足10 0 萬年的歷史。有的甚至只有幾十到幾百年的歷史。由十其生成年代晚，所受外 力作用小。所以本身固結(jié)不太完善。末固結(jié)的濕陷性黃土由于孔隙大、結(jié)構(gòu)松散， 所以其本身強(qiáng)度不高。其本身強(qiáng)度靠土體顆粒間的機(jī)械咬合、分子間的引力與碳 酸鹽結(jié)品水形成的膠結(jié)力來提供。在天然狀態(tài)下，由于上述膠結(jié)物的凝聚結(jié)品作用被牢固的粘結(jié)著，故使?jié)裣?性黃土具有較高的強(qiáng)度，但是遇水時，由于水對各種膠結(jié)物的軟化作用和對鹽類 的溶解作用使結(jié)合水的連結(jié)作用消失，致使土體在覆土層的自重與附加應(yīng)力共同 作用下，其結(jié)構(gòu)

5、迅速破壞，土粒向大孔滑移，土的強(qiáng)度突然下降從而產(chǎn)生沉陷。 該部分沉陷是地基發(fā)生破壞的主要原因，此時在濕陷性黃土內(nèi)部會發(fā)生土體骨架 的脆斷、土中的空隙被填充壓實、土體顆粒重新排列及片狀產(chǎn)生彎曲等，同時土 中部分氣體被擠出，土體向逐步提高其密實度和承載能力的方向轉(zhuǎn)化。通過一定 時間的固結(jié)，土體的承載力與外來壓力逐步相等時，土體趨于穩(wěn)定，而沉陷逐步 終止，這就是濕陷性黃土結(jié)構(gòu)的沉陷機(jī)理。2濕陷性黃土地基處理方法探討2.1強(qiáng)夯法強(qiáng)夯法又叫動力固結(jié)法。它由于具有效果顯著、設(shè)備簡單、施工方便、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)， 是目前使用得很廣泛的一種地基處理方法。這種方法是將約100KN到400KN的重錘吊到 1040

6、m高處，然后使其自由落下，給地基以沖擊和振動，對地基做功，降低壓縮變形，提 高地基強(qiáng)度。但強(qiáng)夯法適用對地下水位以上飽和度SrW60%的濕陷性黃土地基進(jìn)行局部或整 片處理，可處理的深度在312m。但是當(dāng)土的天然含水量低于10%的土，顆粒間摩擦力 大，且表層堅硬，夯擊時夯擊能量消耗在表層土上，深部土層不易夯實，當(dāng)上部荷載通過表 層土傳遞到深部土層時，地基仍然會產(chǎn)生較大的沉降，質(zhì)量一般不能達(dá)到設(shè)計要求。強(qiáng)夯的工作原理是將大噸位重錘起吊到一定高度后自由落下，在極短時間內(nèi)對地基土 體施加一個巨大的沖擊能量，其產(chǎn)生的壓縮波、剪切波和瑞利波，使土體受到瞬間的加荷（受 壓）、卸荷（受拉）及剪切的反復(fù)作用，土中

7、孔隙壓縮，同時土體周圍產(chǎn)生裂隙，孔隙水排 出，土體迅速固結(jié)，使土粒間變?yōu)樾碌妮^為穩(wěn)定的接觸形式，從而達(dá)到增加土體密度、提高 強(qiáng)度的目的。強(qiáng)夯發(fā)的施工步驟為（1）:清理場地，確認(rèn)地下無構(gòu)筑物，并測量場地高程，確定夯 點(diǎn)位置；（2）:起重機(jī)就位，測量夯錘錘頂高度；（3）：吊夯錘到預(yù)定高度，放下吊鉤；（4）： 重復(fù)步驟（3）六次，并滿足最后兩下的平均夯沉量小于50mm； （5）換夯點(diǎn)，重復(fù)（2）至 （4），至完成所有點(diǎn)的第一遍夯實，填平夯坑，測量高程;（6）在規(guī)定的時間后按上面的步 驟逐步完成第二，三，四遍夯實；（7）選用錘質(zhì)量為3t、落距為6m進(jìn)行低能量滿夯2遍； （8）灰土封閉。在基底地面鋪設(shè)一

8、層0.20m厚2： 8灰土。2.2墊層法墊層法是一種淺層處理濕陷性黃土地基的傳統(tǒng)方法，在濕陷性黃土地區(qū)使用較廣泛，具 有因地制宜，就地取材和施工簡便等特點(diǎn)。實踐證明，經(jīng)過回填壓實處理的黃土地基濕陷性 速率和濕陷量大大減少，一般表土墊層的濕陷量減少為13cm，灰土墊層的濕陷量往往小 于1cm，墊層法適用于地下水位以上，對濕陷性黃土地基進(jìn)行局部或整片處理，可處理的 濕陷性黃土層厚度在13m，墊層法根據(jù)施工方法不同可分為土墊層和灰土墊層素土墊層法的步驟是是將基坑挖出的原土經(jīng)灑水濕潤，再采用夯實機(jī)械分層回填至基 坑；它與壓實機(jī)械做的功、鋪土厚度、土的含水率、及壓實遍數(shù)存在密切關(guān)系。對一定含水 率的土質(zhì)

9、進(jìn)行壓實時，起初土的密實度會隨壓實機(jī)械所做的功的增大而增加，當(dāng)土的密實度 達(dá)到極限時，反而隨著功的增加而破壞土的整體穩(wěn)定性，形成剪切破壞，所以壓實機(jī)械做的 功與填土的密實度并不成正比。在大面積的素土夯填施工中時常遇到，運(yùn)輸土料的重型機(jī)械 容易對已夯筑完畢的壩體表面形成過度碾壓，造成剪切破壞，同時對含水率過高的地區(qū)形成 “橡 皮泥”現(xiàn)象，從而出現(xiàn)滲漏。這些都將是影響夯填質(zhì)量的主要因素。灰土墊層法則是采用消石灰與土的2： 8或3：7的體積比配合而成，經(jīng)過篩分拌合，再 用夯實機(jī)械分層回填的一種方法，控制好灰土的拌制比和土料的含水率是保證質(zhì)量的關(guān)鍵， 其含水率大致在14%19%之間。在實際施工過程中，

10、不可能用儀器對每一層土樣進(jìn)行含水 率測定，只能用比較粗略的經(jīng)驗直觀的進(jìn)行控制，往往存在偏差；且土質(zhì)濕潤不夠均勻，有 時表層土吸水飽和，而下層土還是干燥的狀況，給施工帶來很大的難度。當(dāng)處理厚度超過 3m時，挖填土方量大，施工期長，施工質(zhì)量也不易保證，影響工程質(zhì)量和工程進(jìn)度。五、濕陷性黃土路基的處理方法（一）超壓固結(jié)超壓固結(jié)是以時間充裕為前提的，新填筑路基完成后，在路基二堆載超過路基 計算壓力值一定量值的荷載，對路基進(jìn)行 預(yù)壓一段時間（此時間參數(shù)一般按超壓值 來確定）的超壓值與路基填土引起的壓 力值P相比，乘以超壓時間 加上路基本 身預(yù)壓時間t，應(yīng)為（，/ P ） Xf + t11. 5年即可。（

11、二）強(qiáng)夯處理強(qiáng)夯處理應(yīng)考慮噪聲及振動污染，若環(huán)境允許時，強(qiáng)夯是處理該種土層的最理 想方案。（三）擠密處理擠密樁處理適合于需處理地段不大的場所或不適合強(qiáng)夯處治的場所，擠密樁可 采用振動碎石，打入粘土或灰土等形式。（四）化學(xué)加固化學(xué)加固地基是一種效果明顯的處治 辦法，目前國外主要采用注入水玻璃的辦 法，效果較為理想。以上方法外，還有預(yù) 浸水法、重錘夯擊法、增加板結(jié)層等，但 經(jīng)驗不太成熟時，宜慎采用。（五）采用注漿法處理路基病害采用注漿法消除黃土濕陷，提高地基強(qiáng)度或?qū)S土沉陷進(jìn)行加同，是一種非常 有效的方法，具有設(shè)備簡單，施工方便，不 影響正常交通并且效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，此法 已在黃土地區(qū)公路沉陷病害處理中較廠 泛 地推廣使用。但采用這種方法的工程費(fèi)用 較大，平 均每個臺背路 基的處 理費(fèi)用達(dá)2143萬元左右，是采用強(qiáng)夯法處理費(fèi)用的10倍，故這種處理法僅適用于路面鋪筑后已通車營運(yùn)時的情況，對高等級公路建設(shè) 中的橋臺背路基宦優(yōu)先采用如強(qiáng)夯法等工 前預(yù)防性補(bǔ)強(qiáng)處理措施。（六）采用支擋與防護(hù)措施近年來隨著黃土地區(qū)公路修筑技術(shù)迅速發(fā)展。為滿足路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的基本 要求，確保公路的安全暢通和正常使用， 在公路建設(shè)中采取了一定的支擋與防護(hù)措 施，但從目前情況來看存在類型單一、工程措施力度不足、對局部位置沒有進(jìn)行綜合處治、徹底根除 隱患等不足，影響公路，尤其是干線公路運(yùn)輸?shù)恼w效益。應(yīng)