濕陷性黃土地基濕陷機理及地基處理方法
［摘要］本文通過濕陷性黃土地基的濕陷性以及濕陷機理分析，對濕陷類別和等級的判別，提出對濕陷性黃土地基處理的方法及質量檢測與控制在TRANBBS施工中的建議。??
關鍵詞：濕陷性黃土；濕陷機理；地基處理；質量控制
1前言?
濕陷性黃土泛指飽和的結構不穩定的黃色土，在自重壓力或自重壓力與附加壓力作用下，受水浸濕后，土的結構迅速破壞，發生顯著下沉的現象。它的這種特性，會對結構物帶來不同程度的危害，使路基及結構物大幅度沉降、折裂、傾斜，嚴重影響其安全和使用。??
2黃土的濕陷機理?
濕陷性黃土按其濕陷機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理不同，因此應對濕陷性黃土地基有可靠的鑒定和正確的認識，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，具有肉眼可見的孔隙，它呈松散、多孔結構狀態，孔隙比很大，天然剖面上具有垂直節理，含可溶鹽(碳酸鹽、硫酸鹽類等)較多。垂直大孔性、松散多孔結構和遇水即降低或消失的土顆粒間的加固凝聚力是它發生濕陷的內部因素，而壓力及水是外部條件。關于黃土濕陷性的鑒別，地基濕陷程度的判別，可以室內壓縮實驗為主，并以此提出工程上評價濕陷性的定量指標。?濕陷系數δs。如圖1?
圖1黃土壓縮實驗曲線?
式中：h0—土樣的原始高度(m)；?
hp—土樣在無側向膨脹條件下，在規定實驗壓力P的作用下壓縮穩定后的高度(m)；?
hp′—對在壓力作用下的土樣進行浸水到達濕陷穩定后的土樣高度(m)。?
濕陷系數δs為單位厚度土層由于浸水在規定壓力產生的濕陷量，它定量地表示了土樣所代表黃土層的濕陷程度，所以規范規定，在一定壓力作用下，δs≥0.015時應定為濕陷性黃土，否則應定為非濕陷性黃土。另外，黃土的濕陷性與所受的壓力大小有關，使黃土產生濕陷臨界壓力稱為濕陷起始壓力Ps不同的黃土其Ps不同。若Ps小于上覆土的飽和自重時，則該土層在上覆土層自重壓力的作用下受水即刻發生濕陷，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，并不發生濕陷，稱為非自重濕陷性黃土。自重濕陷性黃土受水浸濕后，濕陷現象比較明顯且嚴重，在自重濕陷地區發生的結構物事故較多，特別是我省隴東、隴西地區。?
為了正確反映濕陷性黃土地層的濕陷程度，并聯系結構物和地基實際，合理地采用有效的防護措施，可用地基內各土層的濕陷系數，求得地基的計算濕陷量△s。?
△s＝∑δsi﹕i·hi?
式中：δsi﹕i—地基內第I層濕陷性黃土的濕陷系數；?
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如表1。??
表1濕陷性黃土地基的濕陷等
級地基的計算濕陷量(m) 濕陷等級
0.05＜△s≤0.15 Ⅰ
0.15＜△s≤0.35 Ⅱ
△s＞0.35 Ⅲ
△s只是濕陷性黃土地基的定性指標，它并不代表地基的真實濕陷量。由于我國黃土上部土層的濕陷性比下部土層大，而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5m內已見地下水，則算至平均年地下水位為至。在5m深度內如有非濕陷性黃土層，則不將此層土的濕陷量累計在內。濕陷性黃土地基的濕陷等級越高浸水后可能產生的濕陷量就越大，對結構物的危害也越大，因此TRANBBS設計措施要求也越高。?
另外，我國建筑規范還規定當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。?
△zs＝∑δ2si·hi?
式中：△zs—地基的計算自重濕陷量(m)；?
﹝si—第I層土在上覆土的飽和自重壓力下，測得自重濕陷系數；?
hi—第I層土的厚度(m)。?
上式計算深度可自基礎底面算至基下10m為止。但其中△zs﹝s＜0.015的土層不累計。?
根據大量的室內外試驗對比確定，當△zs≤0.07m時可定為非自重濕陷性黃土地基；△zs＞0.11m時為自重濕陷性黃土地基；△zs為0.07—0.11m時，可結合當地實踐經驗確定。?
在黃土地區修建結構物，應首先考慮選用非濕陷性黃土地基，它較經濟可靠，如確定基礎位于濕陷性黃土上，則應盡量利用非自重濕陷性黃土地基，因為這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，根據不同的地基土質和不同的結構物，地基處理應選用不同的處理方法。在勘察階段，經過現場取樣，以試驗數據進行分析，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、類別后，通過經濟分析比較，綜合考慮工藝環境、工期等諸多方面的因素。最后選擇一個最合適的地基處理方法，經過優化設計后，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。本文根據近幾年在公路建設中所見所聞，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計的深度，然后以灰土或素土分層回填夯實。墊層厚度一般為1.0～3.0m。它消除了墊層范圍內的濕陷性，減輕或避免了地基因附加壓力產生的濕陷，可以使地基的自重濕陷表現不出來。這種方法施工簡易，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，經這種方法處理的灰土墊層的地基承載力可達到300KPa(素土墊層可達200KPa)且有良好的均勻性。?
3.1.2施工中應注意的問題：(1)地基土的含水量，對于含水量較大，或曾局部基坑進水者，要采取相應的措施(如涼曬等)，嚴格控制灰土(或素土)的最佳含水量，對接近最佳含水量時，寧小勿大，偏大時土體強度則顯著下降，變形明顯增大。(2)墊層處理的寬度要達到規范要求，使碾壓設備能充分碾壓到位，還使形成的墊層壓實度產生差異。(3)嚴把質量關，施工中碾壓分層的厚度不宜大于30cm，并逐層檢測壓實度，達到設計規范要求。?
3.2強夯法?
3.2.1強夯法亦稱動力固結法，通過重錘的自由落下，對土體進行強力夯實，以提高其強度，降低其壓縮性，該法設備簡單，原理直觀，適用廣泛，特別是對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，是當前最經濟簡便的地基加固方法之一。?
3.2.2施工中注意的問題?
(1)首先在設計階段，應考慮濕陷性黃土處于哪一種類別、等級，以及場地等因素，因為強夯的夯擊能量，夯點布置，夯擊深度，夯擊次數和遍數等因場地而異，土的含水量、孔隙比及夯擊的單位面積夯擊能對濕陷性黃土的強夯有效加固深度起著重要的作用。在經過試夯后確定出設計參數，確定施工設計方案，因此不經試夯確定施工參數往往會給工程造成后患。?
(2)由于強夯影響深度內土的含水量差異，會導致局部處理效果不佳，對于此種情況必須采取土的增濕或減濕措施，以免出現橡皮土情況。如有此種情況，應立即停止夯擊，當涼曬一定時間后，在夯擊坑內加入碎石類的粗骨料，繼續夯擊。?
(3)施工中在控制關鍵工序上嚴把質量關，因為一份設計提供后，錘重、落距、夯點布置等是沒有隨意性的，而唯一可能被人為改變的是夯擊次數，因在試夯時根據最后夯擊的沉降量來確定夯擊次數的，當別的參數已確定后，它就成為影響處理的唯一因素，所以施工中應以它為質量控制的關鍵工序管理點。?
(4)強夯結束后，檢測的重點是判定它的有效加固深度是否達到設計要求，因為有效加固深度的第一標準應是消除濕陷性，也就是以δs＜0.015作為判別指標。所以檢驗手段應采用探井取不擾動土試樣進行檢測。當這一指標達到要求后，一般情況下對承載力的要求等也均可滿足。?
3.3深層攪拌樁法?
3.3.1探層攪拌樁是復合地基的一種，近幾年在黃土地區應用比較廣泛，可用于處理含水量較高的濕陷性弱的黃土。它具有施工簡便
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、快捷、無振動，基本不擠土，低噪音等特點。?
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。其加固機理是將水泥摻入粘土后，與粘土中的水分發生水解和水化反應，進而與具有一定活性的粘土顆粒反應生成不溶于水的穩定的結晶化合物，這些新生成的化合物在水中或空氣中發生凝硬反應，使水泥有一定的強度，從而使地基土達到承載的要求。?
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深層攪拌機械噴入土中并攪拌而成。因為輸入的是水泥干粉，因此必然對土的天然含水量有一定的要求，如果土的含水量較低時，很容易出現樁體中心固化不充分、強度低的現象，嚴重的甚至根本沒有強度。在某些含水量較高的土層中也會出現類似的情況。因此，應用粉噴樁的土層中含水量應超過30%，在飽和土層或地下水位以下的土層中應用更好。?
濕法施工是將水泥攪拌成漿后注入土中的方法。水泥漿通過柱塞式泥漿泵強制注入，除非特殊情況很少斷漿，施工中一般采用預攪下沉時就噴漿的工藝，因此樁體的均勻性比干法施工好。但噴漿增加了水泥土的含水量，強度會受到一定影響，實際應用時需根據土的工程性質，尤其是含水量情況作出適當的選擇。?
3.3.2施工中應注意的問題?
(1)必須在設計或施工中采取有效措施來保證攪拌樁復合地基各參數能達到各自的設計值，否則設計的可靠度會降低，如樁端為硬土，或樁長超過臨界樁長時， (樁間土承載力拆減系數)取值高于規定，就必須采取設置褥墊層或其他方法使樁間土發揮較高的強度，選用較高的樁體強度時，就必須采取增加水泥用量、摻加外加劑、復攪等措施，才能保證設計與預期的實際結果比較一致。?
(2)施工中為達到強度要求，有必要進行復攪。復攪是在樁的一部分或樁的全長重復攪拌一次，其作用是：①改善樁體的均勻性，如第一次注漿不均勻時，可通過復攪調節，提高樁長方向上的均勻程度，同時，也使樁截面內的均勻性得到改善。②現場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度。?
(3)加強施工管理，因為樁體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，人工難以調節，所以施工機械應采用帶有自動控制噴漿、噴粉的裝置，以消除施工中一些人為因素，便于監督檢查，避免由于噴漿和噴粉不均勻或者噴漿量、噴粉量未達到設計要求而發生斷樁問題。?
(4)現場施工中應勤于檢查，嚴格監督。深層攪拌樁屬于一種柔性樁，樁身檢測較困難，施工時質量有疏忽，就可能發生斷樁現象。目前用低應變動測法檢測攪拌樁的質量得到了肯定，可用此法或結合抽芯取樣檢測法控制質量。??
4 結語?
上述幾種濕陷性黃土地基的處理方法，近年來在公路建設中被廣泛使用，都取得了良好的效果。隨著科學TRANBBS技術的迅速發展，對新型材料的研究使用，對濕陷性黃土地基的處理方法越來越多，也有了一定的施工經驗。在近十幾年開始采用的有孔內深層強夯法CFG(水泥粉煤灰碎石樁)法、夯坑置換法、壓力灌漿法等，都不失為好方法。但不管是采用那種方法，只要有嚴密的質量控制手段，都可能經濟而有效地獲得期望的效果。筆者在本文中的一些看法是基于幾年公路建設中的見聞積累，文中有不妥之處，望行業同仁指正。
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