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濕陷性黃土地基下沉有什么好的處理方法

 濕陷性黃土地基下沉有什么好的處理方法

一、墊層法

墊層法是先將基礎(chǔ)下的濕陷性黃土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分層夯實(shí)做成墊層，以便消除地基的部分或全部濕陷量，并可減小地基的壓縮變形，提高地基承載力，可將其分為局部墊層和整片墊層。當(dāng)僅要求消除基底下1~3m濕陷性黃土的濕陷量時(shí)，宜采用局部或整片土墊層進(jìn)行處理；當(dāng)同時(shí)要求提高墊層土的承載力或增強(qiáng)水穩(wěn)性時(shí)，宜采用局部或整片灰土墊層進(jìn)行處理。

墊層的設(shè)計(jì)主要包括墊層的厚度、寬度、夯實(shí)后的壓實(shí)系數(shù)和承載力設(shè)計(jì)值的確定等方面。墊層設(shè)計(jì)的原則是既要滿足建筑物對地基變形及穩(wěn)定的要求，又要符合經(jīng)濟(jì)合理的要求。同時(shí)，還要考慮以下幾方面的問題：

1．局部土墊層的處理寬度超出基礎(chǔ)底邊的寬度較小，地基處理后，地面水及管道漏水仍可能從墊層側(cè)向滲入下部未處理的濕陷性土層而引起濕陷，因此，設(shè)置局部墊層不考慮起防水、隔水作用，地基受水浸濕可能性大及有防滲要求的建筑物，不得采用局部土墊層處理地基。

2．整片墊層的平面處理范圍，每邊超出建筑物外墻基礎(chǔ)外緣的寬度，不應(yīng)小于墊層的厚度，即并不應(yīng)小于2m。

3．在地下水位不可能上升的自重濕陷性黃土場地，當(dāng)未消除地基的全部濕陷量時(shí)，對地基受水浸濕可能性大或有嚴(yán)格防水要求的建筑物，采用整片土墊層處理地基較為適宜。但地下水位有可能上升的自重濕陷性黃土場地，應(yīng)考慮水位上升后，對下部未處理的濕陷性土層引起濕陷的可能性。

二、重錘表層夯實(shí)及強(qiáng)夯

重錘表層夯實(shí)適用于處理飽和度不大于60%的濕陷性黃土地基。一般采用2.5～3.0t的重錘，落距4.0～4.5m，可消除基底以下1.2～1.8m黃土層的濕陷性。在夯實(shí)層的范圍內(nèi)，土的物理、力學(xué)性質(zhì)獲得顯著改善，平均干密度明顯增大，壓縮性降低，濕陷性消除，透水性減弱，承載力提高。非自重濕陷性黃土地基，其濕陷起始壓力較大，當(dāng)用重錘處理部分濕陷性黃土層后，可減少甚至消除黃土地基的濕陷變形。因此在非自重濕陷性黃土場地采用重錘夯實(shí)的優(yōu)越性較明顯。

強(qiáng)夯法加固地基機(jī)理一般認(rèn)為，是將一定重量的重錘以一定落距給予地基以沖擊和振動，從而達(dá)到增大壓實(shí)度，改善土的振動液化條件，消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。強(qiáng)夯加固過程是瞬時(shí)對地基土體施加一個(gè)巨大的沖擊能量，使土體發(fā)生一系列的物理變化，如土體結(jié)構(gòu)的破壞或排水固結(jié)、壓密以及觸變恢復(fù)等過程。其作用結(jié)果是使一定范圍內(nèi)的地基強(qiáng)度提高、孔隙擠密。

單點(diǎn)強(qiáng)夯是**反復(fù)巨大的沖擊能及伴隨產(chǎn)生的壓縮波、剪切波和瑞利波等對地基發(fā)揮綜合作用，使土體受到瞬間加荷，加荷的拉壓交替使用，使土顆粒間的原有接觸形式迅速改變，產(chǎn)生位移，完成土體壓縮-加密的過程。加固后土體的內(nèi)聚力雖受到破壞或擾動有所降低，但原始內(nèi)聚力隨土體密度增大而得以大幅提高；單點(diǎn)強(qiáng)夯如圖1所示，夯錘底下形成夯實(shí)核，呈近似的拋物線型，夯實(shí)核的**大厚度與夯錘半徑相近，土體成千層餅狀，其干密度大于1.85g/cm3；

三、擠密樁法

擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基，施工時(shí)，先按設(shè)計(jì)方案在基礎(chǔ)平面位置布置樁孔并成孔，然后將備好的素土（粉質(zhì)粘土或粉土）或灰土在**優(yōu)含水量下分層填入樁孔內(nèi)，并分層夯（搗）實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高止。**成孔或樁體夯實(shí)過程中的橫向擠壓作用，使樁間土得以擠密，從而形成復(fù)合地基。值得注意的是，不得用粗顆粒的砂、石或其它透水性材料填入樁孔內(nèi)。

灰土擠密樁和土樁地基一般適用于地下水位以上含水量14%～22%的濕陷性黃土和人工黃土和人工填土，處理深度可達(dá)5～10米。灰土擠密樁是利用錘擊打入或振動沉管的方法在土中形成樁孔，然后在樁孔中分層填入素土或灰土等填充料，在成孔和夯實(shí)填料的過程中，原來處于樁孔部位的土全部被擠入周圍土體，**這一擠密過程，從而徹底改變土層的濕陷性質(zhì)并提高其承載力。其主要作用機(jī)理分兩部分：

（一）機(jī)械打樁成孔橫向加密土層，改善土體物理力學(xué)性能

在土中擠壓成孔時(shí)，樁孔內(nèi)原有土被強(qiáng)制側(cè)向擠出，使樁周一定范圍內(nèi)土層受到擠壓，擾動和重塑，使樁周土孔隙比減小，土中氣體溢出，從而增加土體密實(shí)程度，降低土壓縮性，提高土體承載能力。土體擠密范圍，是從樁孔邊向四周減弱，孔壁邊土干密度可接近或超過**大干密度，也就是說壓實(shí)系數(shù)可以接近或超過1.0，其擠密影響半徑通常為1.5～2d（d為擠密樁直徑），漸次向外，干密度逐漸減小，直至土的天然干密度，試驗(yàn)證明沉管對土體擠密效果可以相互疊加，樁距愈小，擠密效果愈顯著。

（二）灰土樁與樁間擠密土合成復(fù)合地基

上部荷載**它傳遞時(shí)，由于它們能互相適應(yīng)變形，因此能有效而均勻地?cái)U(kuò)散應(yīng)力，地基應(yīng)力擴(kuò)散得很快，在加固深度以下附加應(yīng)力已大為衰減，無需堅(jiān)實(shí)的下臥層。

     樁徑宜為300~450mm,并可根據(jù)所選用的成孔設(shè)備或成孔方法確定；

    樁距可為樁徑的2.0~2.5倍；

    樁頂標(biāo)高以上應(yīng)設(shè)置300~500mm厚的2：8灰土，其壓實(shí)系數(shù)不小于0.95；

    灰土擠密樁和土擠密樁復(fù)合地基承載力特征值：《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2002規(guī)定應(yīng)**現(xiàn)場單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定。初步設(shè)計(jì)當(dāng)無試驗(yàn)資料時(shí)，可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，但對灰土擠密樁復(fù)合地基的承載力特征值，不宜大于處理前的2倍，并不大于250kpa;對于土擠密樁復(fù)合地基承載力特征值，不宜大于處理前的1.4倍，并不宜大于180kpa.

    用靜載荷試驗(yàn)可測定單樁和樁間土的承載力，也可測定單樁復(fù)合地基或多樁復(fù)合地基承載力。當(dāng)不用載荷試驗(yàn)時(shí)，樁間土的承載力可采用靜力初探測定。

    樁體特別是灰土填孔的樁體，采用靜力初探測定其承載力不一定可行，但可采用動力觸探測定。

處理后復(fù)合地基的載荷試驗(yàn)，應(yīng)按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2202中附錄A的要求進(jìn)行。

對高層建筑或更重要的建筑工程，應(yīng)盡量**載荷試驗(yàn)確定處理后復(fù)合地基承載力特征值和變形模量，這樣不僅安全可靠，而且還不受規(guī)范中承載力特征值的限制，拓寬土擠密樁、灰土擠密樁地基的使用范圍。

   當(dāng)基礎(chǔ)的埋深大于0.5米時(shí)，處理地基的承載力特征值可按有關(guān)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，深度修正系數(shù)取1.0，寬度不作修正，即：Fa=Fak 0 1.0*γm *(d-0.5) 

   工程資料表明：灰土擠密樁地基的承載力特征值已超過了400kpa,拓寬了灰土樁應(yīng)用范圍。

   隨著灰土樁應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，有的方法對樁間土并不產(chǎn)生擠密效應(yīng)，應(yīng)用的土質(zhì)也不限于黃土和填土，在此情況下，需要有一個(gè)理論計(jì)算方法，根據(jù)其作用機(jī)理，完全可以建立一個(gè)復(fù)合地基承載力的計(jì)算公式：

  (1)、 Fspk=(K1*Fpk*Ap K2*Fsk*As)/A

式中：Fspk—復(fù)合地基承載力特征值（kpa）

      Fpk—土樁或灰土樁承載力特征值（kpa）

      Fsk—天然土地基承載力特征值（kpa）

A— 有效加固面積（平方米），A=Ap As

      Ap—土樁或灰土樁截面積（平方米）

      As—樁間土受壓面積（平方米）

      K1—與土樁或灰土樁不同樁徑、不同土質(zhì)材料有關(guān)的系數(shù)，對于孔隙比不大于1.3、液性指數(shù)不大于1的一般粘性土和雜填土，K1可查表（表略）

      K2—擠密后沉降量在10mm時(shí)的承載力特征值與擠密前地基受壓沉降量在10mmm時(shí)承載力的比值，亦可取K2=1.0

(2)、若已知樁體的承載力特征值Fpk和變形模量Eop、樁間土的承載力特征值Fsk和變形模量Eos（一般按原地基取值）、處理地基中樁的置換率m,則可按下列公式計(jì)算復(fù)合地基承載力特征值：

      Fspk=m*Fpk (1-m)Fsk

      E0sp=m*Eop (1-m)Eos

一般情況下，上式計(jì)算結(jié)果偏于安全。但少量工程除外，即設(shè)計(jì)值高于實(shí)測值。

（3）、若已知樁土應(yīng)力比，復(fù)合地基承載力特征值也可按下式計(jì)算：

      Fspk=m*n*Fsk (1-m)Fsk=[1 m(n-1)]Fsk=Fsk/Us

式中：n—樁土應(yīng)力比

      Us—應(yīng)力擴(kuò)散系數(shù)，Us=1/[1 m(n-1)]

 (4)、復(fù)合地基承載力也可按剛度進(jìn)行計(jì)算：

     Fspk*A=Fpk*Ap Fsk*As

式中符號意義同上式。

    施工：成孔應(yīng)按設(shè)計(jì)要求、成孔設(shè)備、現(xiàn)場土質(zhì)和周圍環(huán)境等情況，選用沉管（震動、錘擊）或沖擊等方法。

    質(zhì)量檢驗(yàn)：灰土擠密樁和土擠密樁地基竣工驗(yàn)收時(shí)，承載力應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。

一般來說，擠密樁可以按等邊三角形布置，這樣可以達(dá)到均勻的擠密效果。每根樁都對其周圍一定范圍內(nèi)的土體有一定的擠密作用，即使樁與樁之間有一小部分尚未被擠密的土體，因?yàn)槠渲車兄€(wěn)定的、不會發(fā)生濕陷的邊界這一部分也不會發(fā)生濕陷變形。樁與其周圍被擠密后的土體共同形成了復(fù)合地基，一起承受上部荷載?？梢哉f，在擠密樁長度范圍內(nèi)土體的濕陷性已完全被消除處理后的地基與上部結(jié)構(gòu)渾然一體，即使樁底以下土后的土體即使有沉降變形，也是微小的和均勻的，不致對上部結(jié)構(gòu)形成威脅。樁的間距的大小直接影響到擠密效果的好壞，也與工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。

四、樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)既不是天然地基，也不是人工地基，屬于基礎(chǔ)范疇，是將上部荷載傳遞給樁側(cè)和樁底端以下的土（或巖）層，采用挖、鉆孔等非擠土方法而成的樁，在成孔過程中將土排出孔外，樁孔周圍土的性質(zhì)并無改善。但設(shè)置在濕陷性黃土場地上的樁基礎(chǔ)，樁周土受水浸濕后，樁側(cè)阻力大幅度減小，甚至消失，當(dāng)樁周土產(chǎn)生自重濕陷時(shí)，樁側(cè)的正摩阻力迅速轉(zhuǎn)化為負(fù)摩阻力。因此，在濕陷性黃土場地上，不允許采用摩擦型樁，設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)除樁身強(qiáng)度必須滿足要求外，還應(yīng)根據(jù)場地工程地質(zhì)條件，采用穿透濕陷性黃土層的端承型樁（包括端承樁和摩擦端承樁），其樁底端以下的受力層:在非自重濕陷性黃土場地，必須是壓縮性較低的非濕陷性土（巖）層;在自重濕陷性黃土場地，必須是可靠的持力層。這樣，當(dāng)樁周的土受水浸濕，樁側(cè)的正摩阻力一旦轉(zhuǎn)化為負(fù)摩阻力時(shí)，便可由端承型樁的下部非濕陷性土（巖）層所承受，并可滿足設(shè)計(jì)要求，以保證建筑物的安全與正常使用。

五、化學(xué)加固法

在我國濕陷性黃土地區(qū)地基處理應(yīng)用很多，并取得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的化學(xué)加固法包括硅化加固法和堿液加固法，其加固機(jī)理如下：

硅化加固濕陷性黃土的物理化學(xué)過程，一方面基于濃度不大的、粘滯度很小的硅酸鈉溶液順利地滲入黃土孔隙中，另一方面溶液與土的相互凝結(jié)，土起著凝結(jié)劑的作用。

堿液加固：利用氫氧化鈉溶液加固濕陷性黃土地基在我國始于20世紀(jì)60年代，其加固原則為：氫氧化鈉溶液注入黃土后，首先與土中可溶性和交換性堿土金屬陽離子發(fā)生置換反映，反映結(jié)果使土顆粒表面生成堿土金屬氫氧化物。

六、預(yù)浸水法

預(yù)浸水法是在修建建筑物前預(yù)先對濕陷性黃土場地大面積浸水，使土體在飽和自重應(yīng)力作用下，發(fā)生濕陷產(chǎn)生壓密，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷濕陷性。預(yù)浸水法一般適用于濕陷性黃土厚度大、濕陷性強(qiáng)烈的自重濕陷性黃土場地。由于浸水時(shí)場地周圍地表下沉開裂，并容易造成“跑水”穿洞，影響建筑物的安全，所以空曠的新建地區(qū)較為適用。