湿陷性黄土地基下沉问题的分析及处理方法

1、湿陷性黄土地基下沉问题的分析及处理方法摘要湿陷性黄土的湿陷变形是导致地基下沉的重要原因。本文从湿陷性黄土的 工程地质特点入手，介绍湿陷性黄土对地基下沉的影响；结合工程实例对现有的 几种典型地基处理方法进行了力学分析；阐述了湿陷性地基下沉处理方法的原 理；总结处理此类问题的经验，可供工程设计人员设计、施工时参考。关键词 湿陷性黄土；地基处理；1湿陷性黄土的分布及工程性质1.1湿陷性黄土的分布中国北纬33 47。之间分布着广泛的黄土，尤以3445。之间最为发育， 总面积约为63.5万平方千米，占世界黄土分布的4.9%左右。其中湿陷性黄土占 中国黄土面积的60%左右，主要分布于黄河中、下游地区，厚度

2、最大可达30m 左右，并具有自东向西、自南向北其湿陷性逐渐加剧的规律。湿陷性黄土由于生 成时不同的地理环境、气候条件以及次生变化等原因，使其具有一些特殊的工程 性质，在实际工程中，如不对其进行处理将会衍生出严重的工程事故。湿陷性黄 土的湿陷变形是引起地基下沉的一个重要因素。我们将在下面的内容中分析湿陷 性黄土的性质特征以及湿陷变形的机理并讨论其处理方法。1.2湿陷性黄土的工程性质湿陷性黄土是一种特殊性质的土，在一定的压力下，下沉稳定后，受水浸湿， 土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉。1.2.1湿陷性黄土的基本性质及分类湿陷性黄土的颜色一般为褐色或者灰黄色，颗粒以粉粒为主，孔隙比eN1.0， 一

3、般具有肉眼可见的大空隙，含有较多可溶性盐类，垂直节理发育，能保持直立 的天然边坡。湿陷性黄土按湿陷性的强弱分为3类，采用室内压缩试验的方法分类。采用公式5 s = ( h - h )/h0式中：5 湿陷性黄土的湿陷性系数；/试件在试验仪中经加压到规定值时土样压缩稳定后的高度； hY 试件在试验仪中经加水浸湿且下沉稳定后的高度； h0试件在试验仪中未经加压前的原始高度。分类划分数值依据：(1)弱湿陷性0.02V5尸0.03湿陷性 0.03V5声0.07s(3 )强湿陷性5 0.07S按土的自重湿陷和外力陷落又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。1.2.2湿陷性黄土的组成及沉陷机理湿陷性黄土的结

4、构特征、物质组成以及水和压力分别为黄土产生塌陷的内在 于外在因素。湿陷性黄土一般生成于晚更新世或全新世，即距今也就不足10 0 万年的历史。有的甚至只有几十到几百年的历史。由十其生成年代晚，所受外 力作用小。所以本身固结不太完善。末固结的湿陷性黄土由于孔隙大、结构松散， 所以其本身强度不高。其本身强度靠土体颗粒间的机械咬合、分子间的引力与碳 酸盐结品水形成的胶结力来提供。在天然状态下，由于上述胶结物的凝聚结品作用被牢固的粘结着，故使湿陷 性黄土具有较高的强度，但是遇水时，由于水对各种胶结物的软化作用和对盐类 的溶解作用使结合水的连结作用消失，致使土体在覆土层的自重与附加应力共同 作用下，其结构

5、迅速破坏，土粒向大孔滑移，土的强度突然下降从而产生沉陷。 该部分沉陷是地基发生破坏的主要原因，此时在湿陷性黄土内部会发生土体骨架 的脆断、土中的空隙被填充压实、土体颗粒重新排列及片状产生弯曲等，同时土 中部分气体被挤出，土体向逐步提高其密实度和承载能力的方向转化。通过一定 时间的固结，土体的承载力与外来压力逐步相等时，土体趋于稳定，而沉陷逐步 终止，这就是湿陷性黄土结构的沉陷机理。2湿陷性黄土地基处理方法探讨2.1强夯法强夯法又叫动力固结法。它由于具有效果显著、设备简单、施工方便、适用范围广等优点， 是目前使用得很广泛的一种地基处理方法。这种方法是将约100KN到400KN的重锤吊到 1040

6、m高处，然后使其自由落下，给地基以冲击和振动，对地基做功，降低压缩变形，提 高地基强度。但强夯法适用对地下水位以上饱和度SrW60%的湿陷性黄土地基进行局部或整 片处理，可处理的深度在312m。但是当土的天然含水量低于10%的土，颗粒间摩擦力 大，且表层坚硬，夯击时夯击能量消耗在表层土上，深部土层不易夯实，当上部荷载通过表 层土传递到深部土层时，地基仍然会产生较大的沉降，质量一般不能达到设计要求。强夯的工作原理是将大吨位重锤起吊到一定高度后自由落下，在极短时间内对地基土 体施加一个巨大的冲击能量，其产生的压缩波、剪切波和瑞利波，使土体受到瞬间的加荷（受 压）、卸荷（受拉）及剪切的反复作用，土中

7、孔隙压缩，同时土体周围产生裂隙，孔隙水排 出，土体迅速固结，使土粒间变为新的较为稳定的接触形式，从而达到增加土体密度、提高 强度的目的。强夯发的施工步骤为（1）:清理场地，确认地下无构筑物，并测量场地高程，确定夯 点位置；（2）:起重机就位，测量夯锤锤顶高度；（3）：吊夯锤到预定高度，放下吊钩；（4）： 重复步骤（3）六次，并满足最后两下的平均夯沉量小于50mm； （5）换夯点，重复（2）至 （4），至完成所有点的第一遍夯实，填平夯坑，测量高程;（6）在规定的时间后按上面的步 骤逐步完成第二，三，四遍夯实；（7）选用锤质量为3t、落距为6m进行低能量满夯2遍； （8）灰土封闭。在基底地面铺设一

8、层0.20m厚2： 8灰土。2.2垫层法垫层法是一种浅层处理湿陷性黄土地基的传统方法，在湿陷性黄土地区使用较广泛，具 有因地制宜，就地取材和施工简便等特点。实践证明，经过回填压实处理的黄土地基湿陷性 速率和湿陷量大大减少，一般表土垫层的湿陷量减少为13cm，灰土垫层的湿陷量往往小 于1cm，垫层法适用于地下水位以上，对湿陷性黄土地基进行局部或整片处理，可处理的 湿陷性黄土层厚度在13m，垫层法根据施工方法不同可分为土垫层和灰土垫层素土垫层法的步骤是是将基坑挖出的原土经洒水湿润，再采用夯实机械分层回填至基 坑；它与压实机械做的功、铺土厚度、土的含水率、及压实遍数存在密切关系。对一定含水 率的土质

9、进行压实时，起初土的密实度会随压实机械所做的功的增大而增加，当土的密实度 达到极限时，反而随着功的增加而破坏土的整体稳定性，形成剪切破坏，所以压实机械做的 功与填土的密实度并不成正比。在大面积的素土夯填施工中时常遇到，运输土料的重型机械 容易对已夯筑完毕的坝体表面形成过度碾压，造成剪切破坏，同时对含水率过高的地区形成 “橡 皮泥”现象，从而出现渗漏。这些都将是影响夯填质量的主要因素。灰土垫层法则是采用消石灰与土的2： 8或3：7的体积比配合而成，经过筛分拌合，再 用夯实机械分层回填的一种方法，控制好灰土的拌制比和土料的含水率是保证质量的关键， 其含水率大致在14%19%之间。在实际施工过程中，

10、不可能用仪器对每一层土样进行含水 率测定，只能用比较粗略的经验直观的进行控制，往往存在偏差；且土质湿润不够均匀，有 时表层土吸水饱和，而下层土还是干燥的状况，给施工带来很大的难度。当处理厚度超过 3m时，挖填土方量大，施工期长，施工质量也不易保证，影响工程质量和工程进度。五、湿陷性黄土路基的处理方法（一）超压固结超压固结是以时间充裕为前提的，新填筑路基完成后，在路基二堆载超过路基 计算压力值一定量值的荷载，对路基进行 预压一段时间（此时间参数一般按超压值 来确定）的超压值与路基填土引起的压 力值P相比，乘以超压时间 加上路基本 身预压时间t，应为（，/ P ） Xf + t11. 5年即可。（

11、二）强夯处理强夯处理应考虑噪声及振动污染，若环境允许时，强夯是处理该种土层的最理 想方案。（三）挤密处理挤密桩处理适合于需处理地段不大的场所或不适合强夯处治的场所，挤密桩可 采用振动碎石，打入粘土或灰土等形式。（四）化学加固化学加固地基是一种效果明显的处治 办法，目前国外主要采用注入水玻璃的办 法，效果较为理想。以上方法外，还有预 浸水法、重锤夯击法、增加板结层等，但 经验不太成熟时，宜慎采用。（五）采用注浆法处理路基病害采用注浆法消除黄土湿陷，提高地基强度或对黄土沉陷进行加同，是一种非常 有效的方法，具有设备简单，施工方便，不 影响正常交通并且效果显著等优点，此法 已在黄土地区公路沉陷病害处理中较厂 泛 地推广使用。但采用这种方法的工程费用 较大，平 均每个台背路 基的处 理费用达2143万元左右，是采用强夯法处理费用的10倍，故这种处理法仅适用于路面铺筑后已通车营运时的情况，对高等级公路建设 中的桥台背路基宦优先采用如强夯法等工 前预防性补强处理措施。（六）采用支挡与防护措施近年来随着黄土地区公路修筑技术迅速发展。为满足路基强度和稳定性的基本 要求，确保公路的安全畅通和正常使用， 在公路建设中采取了一定的支挡与防护措 施，但从目前情况来看存在类型单一、工程措施力度不足、对局部位置没有进行综合处治、彻底根除 隐患等不足，影响公路，尤其是干线公路运输的整体效益。应