浅析如何选择湿陷性黄土地基的处理方法
2015-07-03
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核心提示：湿陷性黄土泛指饱和的结构不稳定的黄色土，在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土，属于特殊土。土的这种特性，会对结构物带来不同程度的危害，使路基及结构物大幅度沉降、折裂、倾斜，严重影响安全和使用。本文通过工程实例剖析了如何选择地基处理方法，为工程实践提供了经验
北阳庄矿井位于华北北部，该地区为黄土湿陷区，工业广场范围内的地层主要由第四纪湿陷性黄土状土层和碎石层构成，碎石以夹层的形式存在于黄土状土中，且多不连续，俗称“砂葫芦”。地基土自上而下分为如下4层：
第1层黄土状粉质粘土：黄褐-褐黄色，土质松散，可见零星砾石，具大孔，垂直节理发育，块状结构，含少量云母，干强度中等，无摇震反应。厚度为0.60-5.70m，平均3.79m；层底标高：989.00-1004.88m，平均995.13m，层地埋深：0.60-5.70m，平均3.95m；该层具湿陷性，局部含1-1碎石夹层。
第1-1碎石夹层：杂色，该层以夹层形式存在于（1）层中，骨料成分以安山岩、玄武岩为主，粒径变化较大，一般2-6cm，最大粒径25cm，碎石含量约占50%，充填物为粗、砾砂和粘性土，厚度：0.50-2.50m，平均1.35m。
第2层黄土状粉质粘土：褐黄色-黄褐色，含少量钙质条纹，孔隙发育，无摇震反应，稍有光滑，中等干强度，中韧性。厚度：1.20-6.90m，平均4.55m；层底标高：983.29-998.68m，平均989.25m，层底埋深：3.80-12.00m，平均9.69m；该层具湿陷性，局部含2-1碎石夹层。
第2-1碎石夹层：杂色，该层以夹层形式存在于（2）层中，骨料成分以安山岩、玄武岩为主，粒径变化较大，一般3-8cm，最大粒径45cm，碎石含量约占50%-60%，充填物为粗、砾砂和粉质粘土。厚度：0.50-5.50m，平均1.96m。
第3层黄土状粉质粘土：褐黄色-黄褐色，土质较均匀，含云母、铁猛结核，局部可见钙质结核，稍有光滑，无摇震反应，中等干强度，中韧性。坚硬-可塑状态。厚度：2.50-7.30m，平均5.23m；层底标高：977.86-991.09m，平均981.83m，层底埋深：10.20-17.20m，平均15.29m；该层不具湿陷性，局部含3-1碎石夹层。
第3-1碎石夹层：杂色，该层以夹层形式存在于（3）层中，骨料成分以安山岩、玄武岩为主，粒径变化较大，一般3-8cm，最大粒径50cm，碎石含量约占50%-65%，充填物为粗、砾砂和粉土，厚度：0.90-4.10m，平均1.96m。
第4层黄土状粉质粘土：黄褐色，土质均匀，含黑色铁猛结核。饱和度（Sr）多数为100%。属饱和黄土状土，无摇震反应，中等干强度，中韧性。硬塑-可塑状态。局部含4-1碎石夹层。钻孔所揭露最大厚度为13.70m。本次勘察未穿透该层。
第4-1碎石夹层：杂色，该层以夹层形式存在于（4）层中，骨料成分以安山岩、玄武岩为主，粒径变化较大，一般3-8cm，最大粒径50cm，碎石含量约占50%-65%，充填物为粗、砾砂和粉土，厚度：1.50-1.50m，平均1.50m。
根据土的分析结果，第1、2层黄土状土具有湿陷性。湿陷深度自天然地面算起约3.8-11.0m，一般为天然地面下10m左右。按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）表4.4.7，判定场地为Ⅲ级自重湿陷性场地，部分地段为Ⅱ级非自重湿陷性。根据北阳庄矿井地质勘查报告、国家相关规范和工程特征、工业场地实际工程地质条件，我们用北阳庄矿井办公楼工程为例来说明如何选择最优的地基处理方案。办公楼地基土为湿陷等级为Ⅲ级自重湿陷性黄土，黄土深度近8m，建筑物按丙类考虑。处理方法有：
1换土垫层法
换土垫层法是用非湿陷性黄土代替湿陷性黄土，从而达到消除或减小湿陷性黄土的湿陷量。具体可用素土或者3：7灰土垫层等来代替湿陷性黄土。
2强夯法
强夯法是用起重机械将大吨位夯锤（一般在10t左右）起吊到一定高度（8m以上），自由落下，对土体进行夯击，通过强大的夯击能，迫使土中孔隙压缩，孔隙率降低，土体迅速固结，从而提高地基土的承载力，消除黄土的湿陷性。
3夯扩挤密水泥土桩
夯扩挤密水泥土桩属于半刚性桩，其成孔及夯实设备均采用柱锤夯扩机，采用导管进入土层后，孔内重锤（锤重1.5t～5t）对地层进行夯击，穿透湿陷性土层后，开始进行填料（桩体材料采用干粉水泥和土搅拌，形成水泥土桩），用细长锤反复进行夯击，使孔底形成扩大头，桩端位于非湿陷性土层之中。达到上部对湿陷性黄土进行挤密，消除湿陷性黄土层的湿陷性，下部进入好的持力层，提高承载力，并能有效减小地基土的变形。
下面分析一下各种处理方案。换土垫层法适用于次要建筑物，且湿陷等级为Ⅱ级非自重湿陷性土，根据《建筑地基处理规范》JGJ79-2002规定换土处理厚度不宜大于3m。因此对于Ⅲ级自重湿陷性土不宜采用本办法，Ⅱ级非自重湿陷性土可采用本办法。对于办公楼来说，湿陷性黄土厚度近8m，要全部消除黄土的湿陷性对强夯能击要求很高，要夯锤在20t以上、起吊高度在25m以上才能达到消除湿陷性的目的。强夯法虽然施工工艺简单，但是由于要消除湿陷性黄土的厚度大，需要的强夯能击高，震动会非常大，对周围的建筑和管网都有影响，还要受天气的制约，施工过程中雨水较多会造成强夯坑内积水导致地基翻浆，严重影响工程质量，工期也没有保障。而夯扩桩承载力高，内夯锤能量较大，抗拔性能好，地质适应面广，布桩灵活，场地不用清障，环境污染小，噪音小，振动小，成桩率高，施工工艺简单，施工质量容易控制。
通过比较，最后我们选择了夯扩挤密水泥土桩作为北阳庄矿井办公楼工程的地基处理方案。
通过检测，地基承载力符合要求，湿陷性已基本消除，达到了预期目的，目前办公楼已投入使用5年，无沉降现象。
从北阳庄矿井地基处理工程我们可以总结出，对于每一个不同的建筑物，我们都要通过地基土的特性、建筑物等级、施工周边环境、施工进度要求、施工队伍的经验等内容进行方案比选，从社会、经济等方面综合比较，选出一个经济、合理的方案来。
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