湿陷性黄土地基

第一节湿陷性黄土地基特殊土我国幅员广阔，地质条件复杂，分布土类繁多，工程性质各异。有些土类，由于地理环境、气候条件、地质成因、物质成分及次生变化等原因而各具有与一般土类显著不同的特殊工程性质，当其作为建筑场地、地基及建筑环境时，如果不注意这些特点，并采取相应的治理措施，就会造成工程事故。特殊土分布的区域性：各种天然或人为形成的特殊土的分布，都有其一定的规律，表现一定的区域性特殊土的分布沿海及内陆地区各种成因的软土：主要分布于西北、华北等干旱、半干旱气候区的黄土；主要分布于南方和中南地区的膨胀土；高纬度、高海拔地区的多年冻土。湿陷性黄土在我国，黄土分布的面积约有64万平方公里，主要分布在秦岭以北的黄河中游地区。湿陷性：天然黄土在一定压力作用下，被水浸湿后土的结构受到破坏而发生突然下沉的现象。非湿陷性黄土黄土湿陷性黄土自重湿陷性黄土非自重湿陷性黄土公路工程中特别注意！湿陷性黄土的特征

黄土的结构由骨架颗粒、黏胶粒及碳酸盐组合而成，结构强度明显孔隙比变化在0.85—1.24之间，孔隙愈大，湿陷性愈强天然含水量低是，结构强度较高，湿陷性强烈，随着含水量增大，结构强度降低，湿陷性减弱压缩细说一般介于0.1—1.0MPa-1之间，新近堆积黄土一般具有高压缩性黄土发生湿陷的原因与主要影响因素

发生的原因内在因素：黄土的结构特征及其物质组成。黄土的结构是在形成黄土的整个历史过程中造成的，干旱和半干旱的气候是黄土形成的必要条件。黄土在枯燥时具有较高的强度，而遇水后表现出明显的湿陷性，这是由黄土本身特殊的成分和结构所决定的。外部条件：水的浸润和压力作用。黄土湿陷性的影响因素黄土湿陷性强弱与其微结构特征、颗粒组成、化学成分等因素有关，在同一地区，土的湿陷性又与其天然孔隙比和天然含水量有关，并取决于浸水程度和压力大小。1．根据对黄土的微结构的研究，黄土中骨架颗粒的大小、含量和胶结物的聚集形式，对于黄土湿陷性的强弱有着重要的影响。骨架颗粒愈多，彼此接触，那么粒间孔隙大，胶结物含量较少，成薄膜状包围颗粒，粒间连结脆弱，因而湿陷性愈强；相反，骨架颗粒较细，胶结物丰富，颗粒被完全胶结，那么粒间连结牢固，结构致密，湿陷性弱或无湿陷性。2．黄土中粘土粒的含量愈多，并均匀分布在骨架颗粒之间，那么具有较大的胶结作用，土的湿陷性愈弱。3．黄土中的盐类，如以较难溶解的碳酸钙为主而具有胶结作用时，湿陷性减弱，而石膏及易溶盐含量愈大，土的湿陷性愈强。4．影响黄土湿陷性的主要物理性质指标为天然孔隙比和天然含水量。当其它条件相同时，黄土的天然孔隙比愈大，那么湿陷性愈强。实际资料说明；西安地区的黄土，如e＜0.9，那么一般不具湿陷性或湿陷性很小；兰州地区的黄土，如e＜0.86，那么湿陷性一般不明显。黄土的湿陷性随其天然含水量的增加而减弱。5．在一定的天然孔隙比和天然含水量情况下，黄土的湿陷变形量将随浸湿程度和压力的增加而增大，但当压力增加到某一个定值以后，湿陷量却又随着压力的增加而减少。6．黄土的湿陷性从根本上与其堆积年代和成因有密切关系。充分反映了我国黄土的地层年代划分及其湿陷性特征。黄土湿陷性的判定黄土的湿陷性判定多用室内侧限压缩试验所得的湿陷系数来判定，试验方法根本同一般土，所不同的是在规定压力作用下并压缩稳定后开始浸水，计算土样在浸水前后并压缩稳定后的高度或孔隙比，求出湿陷系数，用来判定黄土是否具有湿陷性，黄土的湿陷系数按下式计算:或其中：、－－分别是保持天然含水量和结构的土样，在侧限条件下加压到规定压力P〔KPa〕时，压缩稳定后的高度〔cm〕和孔隙比；分别是上述加压稳定后的土样，在浸水作用下压缩稳定后的高度(cm)和孔隙比；分别是土样的原始高度(cm)和原始孔隙比；判定实验温室湿陷系数的垂直压力，自根底底面〔如基底高程不确定是，自地面下1.5米〕算起：基底下10米以内的土层压力用200Kpa;10米以下至非湿陷性土层顶面，应用其上覆土的饱和自重压力〔当大于300Kpa时，仍用300KPa〕。当基底压力大于300Kpa时，宜按实际压力测定的湿陷系数来判定黄土的湿陷性。对压缩性较高的新近堆积黄土，基底下5m以内的土层宜用100---150kPa压力，5—10m和10m以下至非湿陷性黄土层顶面，应分别用200kPa和上覆土的饱和自重压力湿陷性黄土地基湿陷类型的划分湿陷类型按自重湿陷量或计算自重湿陷量来判定=式中：第i层土在上覆土的饱合自重压力下的自重湿陷系数其中：保持天然湿度和结构的第i个土样，加压至土的饱合自重压力时，下沉稳定后的高度。－－上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度。－－第i个土样的原始高度。第i层土的厚度〔cm〕；－－因地区而异的土质修正系数。查标准。自重湿陷量小于7cm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；自重湿陷量大于7cm时，应定为自重湿陷湿黄土场地。湿陷性黄土地基湿陷等级的判定由假设干个具有不同湿陷系数的黄土层所组成的湿陷性黄土地基，它的湿陷程度是由这些土层被水浸湿后可能发生湿陷量的总和来衡量黄土地基总湿陷量

式中：第i层土的湿陷系数；第i层土的厚度；考虑地基土的受水浸湿可能性和侧向挤出的浸水时机等因素的修正系数〔见标准〕。总湿陷量愈大，湿陷等级愈高，地基浸水后建筑物和地面的变形愈严重，对建筑物的危害也愈大。因此，对不同的湿陷等级，应采取相应不同的设计措施。而要确定湿陷等级，那么首先要解决可能被水浸湿和产生湿陷的湿陷性黄土层的厚度以及湿陷等级界限值的合理确定。应该指出：总湿陷量是假定建筑物地基在规定的压力作用下充分浸水时的湿陷变形，它没有考虑地基与建筑物的共同作用。而且建筑物地基可能发生的湿陷变形取决于很多因素，如浸水机率、浸水方式、浸水时间、浸入地基的水量、根底面积、根底形式和基底压力大小等，所以总湿陷量只是近似地反映了地基土的湿陷程度，而并非是建筑物地基的实际可能湿陷量。湿陷性黄土地基的湿陷等级湿陷类型

zs(cm)

s(cm)非自重湿陷性地基自重湿陷性地基≤77<

zs≤35>35≤30Ⅰ(轻微)Ⅱ(中等)——30<s≤60Ⅱ(中等)Ⅱ或ⅢⅢ(严重)>60——Ⅲ(严重)Ⅳ(很严重)湿陷性黄土地基的处理湿陷性黄土地基处理的目的是改善土的性质和结构，减小土的渗水性、压缩性，控制其湿陷性的发生，局部或全部消除湿陷性。在黄土地区修筑建〔构〕筑物，应首先考虑选用非湿陷性黄土地基，它比较经济和可靠。如确定根底在湿陷性黄土地基上，应尽量利用非自重湿陷性黄土地基，因为这种地基的处理要求比自重湿陷性黄土地基低。桥梁工程中，对较高的墩、台和超静定结构，应采用刚性扩大根底、桩根底或沉井等形式，并将底面设置到非湿陷性土层中。对一般结构的大中桥梁、重要道路人工构造物，如属Ⅱ级非自重湿陷性地基或各级自重湿陷性黄土地基，也应将根底置于非湿陷性黄土层或对全部湿陷性黄土层进行处理并加强结构措施。小桥涵及其附属工程和一般道路人工构造物视地基湿陷程度，可对全部湿陷性土层进行处理，也可消除地基的局部湿陷性或仅采取结构措施。结构措施是指结构形式尽可能采用简支梁等对不均匀沉降不敏感的结构；加大根底刚度使受力较均匀；对长度较大和体形复杂的结构物，采用沉降缝将其分为假设干独立单元等。全部消除湿陷性的方法即自基底处理至非湿陷性土层的顶面。局部消除湿陷性的方法即只处理根底底面以下适当深度的土层，因这局部土层的湿陷量一般占总湿陷量的大局部。一般对非自重湿陷性黄土为1～3m，自重湿陷性黄土地基为2～5m处理湿陷性黄土地基的方法〔一〕灰土或素土垫层将基底以下湿陷性土层全部挖除或挖到预计的深度，然后用灰土(石灰与土的体积比为3：7)或素土分层夯实回填，垫层厚度及尺寸计算方法同砂砾垫层，压力扩散角θ对灰土采用30度，对素土采用22度。垫层厚度一般为1.0～3.0m。它消除了垫层范围内土的湿陷性，减轻或防止了地基附加应力产生的湿陷，如果将地基持力层内的湿陷性黄土局部挖除采用垫层，可以使地基的非自重湿陷消除。它施工简易，效果显著，是一种常用的地基浅层湿陷性处理或局部处理的方法。〔二〕重锤夯实法及强夯法

重锤夯实法能消除浅层的湿陷性。如用14～40kN的重锤，落高2.5～4.5m,在最正确含水量情况下，可消除在1.0～1.5m深度内土层的湿陷性。根据国内使用记录，强夯法也能消除黄土的湿陷性，并可提高承载力。当锤重100～200kN，自由下落高度为10～20m,锤击两遍，可消除4～6m深度范围内黄土的湿陷性。重锤夯实法起吊设备简单，易于解决，施工速度快，造价低。20世纪60年代曾在我国湿陷性黄土地区广泛采用，但近年来那么根本上已被强夯法所替代，很少采用了。〔三〕石灰土挤密桩法、二灰〔石灰与粉煤灰〕挤密桩法用打入桩、冲钻或爆扩等方法在土中成孔，然后用素土、石灰土或将石灰与粉煤灰混合分层夯填桩孔而成桩，用挤密的方法破坏黄土地基的松散、大孔结构，以消除或减轻地基的湿陷性。此方法适用于消除5～10m深度内地基土的湿陷性。〔四〕预浸水处理

自重湿陷性黄土地基利用其自重湿陷性的特性，可在建〔构〕筑物修筑前，先将地基充分浸水，使其在自重作用下发生湿陷，然后再修筑建〔构〕筑物。预浸水适用于处理厚度大于10m而自重湿陷量大于50cm的自重湿陷性黄土场地，浸水坑的边长不小于湿陷性土层的厚度，坑内水位不应小于30cm，浸水时间以湿陷变形稳定为准。工程实践说明，这样一般可以消除地表下5m以内黄土的自重湿陷性和它下部土层的湿陷性，效果较好。但预浸水后，地面下5m内的土层还不能消除因外荷所引起的湿陷变形，还需按非自重湿陷性黄土地基配合采用土垫层、重锤夯实法或强夯法等措施进行处理。由于此方法耗水量大，处理时间长〔约3～6月〕，所以在推广应用上有一定的局限性。此外，也应考虑预浸水对邻近建〔构〕筑物和场地边坡稳定性的影响，附近地表可能产生开裂、下沉等。〔五〕单液硅化法和碱液法单液硅化法是硅化加固法的一种，是指将硅酸钠溶液〔Na2O·nSiO2〕〔常称为液体水玻璃〕灌入土中，当溶液和含有大量水溶性盐类的土相互作用时，产生硅胶将土颗粒胶结，提高水的稳定性，消除黄土的湿陷性，提高土的强度。碱液法是将具有一定浓度的NaOH溶液经加热到90～100°C，通过有孔铁管在其自重作用下灌入土中，利用NaOH溶液来加固粘性土，使土颗粒外表相互溶合粘结。对于钙质饱和的粘性土〔如湿陷性黄土〕能获得较好的效果，对软土需同时使用氯化钙溶液。这是因为氢氧化钙溶液注入土中后，土粒表层会逐渐发生膨胀和软化，进而发生外表的相互溶合和胶结，但这种溶合胶结是非水稳性的，只有在土粒周围存在有Ca(OH)2和Mg(OH)2的条件下，才能使这种胶结构成为强度高且具有水硬性的钙铝硅酸盐络合物。这些络合物的生成将使土粒牢固胶结，强度大大提高，并且具有充分的水稳性。由于黄土中钙、镁离子含量一般都较高〔属于钙、镁离子饱和土〕，故采用单液加固已足够。如果钙、镁离子含量较低，那么需考虑采用碱液与氯化钙溶液的双液法加固。为了提高碱液加固黄土的早期强度，也可适当注入一定量的氯化钙溶液。单液硅化法和碱液法适用于处理地下水位以上渗透系数为0.10～2.00m/d的湿陷性黄土等地基。在自重湿陷性黄土场地，对II级湿陷性地基，由于碱液法在自重湿陷性黄土地区使用较少，而且加固深度缺乏5m，为防止采用碱液法加固既有建筑物地基产生附加沉降，当采用碱液法加固时，应通过试验确定其可行性。采用单液硅化法和碱液法加固湿陷性黄土地基，应于施工前在拟加固的建〔构〕筑物附近进行单孔或多孔灌注溶液试验，确定灌注溶液的速度、时间、数量或压力等参数。灌注溶液试验结束后，隔7～10天，应在试验范围的加固深度内量测加固土的半径，并取土样进行室内试验，测定加固土的压缩性和湿陷性等指标。必要时，应进行浸水载荷试验或其他原位测试，以确定加固土的承载力和湿陷性。对酸性土和已渗入沥青、油脂及石油化合物的地基土，不宜采用单液硅化法和碱液法。湿陷性黄土地基的承载力特征值和沉降计算湿陷性黄土地区建筑标准》〔GB50025-2004〕规定，湿陷性黄土地基承载力特征值，应根据地基载荷试验及当地经验数据确定。当根底宽度大于3m或埋置深度大于1.5m时，地基承载力特征值应按下式修正：式中：[fa]--修正后的地基承载力特征值；[fak]--地基承载力特征值ηb、ηd--根底宽度和埋深的地基承载力修正系数γ--根底底面以下土的重度，地下水