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1、湿陷性黄土地基处理方法及其在工程中的应用王飞阳（华南理工大学 土木与交通学院，广东省 广州市510000 ）摘要：许多常用的地基处理的方法用于湿陷性黄土的地基处理。基于对湿陷性黄土不同地基处理方法以及工程案例的分析，对多种复合地基进行了探究。目前，多种复合地基应用于湿陷性黄土地基处理中区。这里，主要探究了处理大厚湿陷性黄土复合地基处理方法，分别为预浸水法和强夯法复合地基、DDC法（孔内深层强夯工法）和增湿法复合地基。最后得出结：预浸水法施工工期长、对周围环境扰动大；DDC法具有工期短、对周围环境扰动小，能有效消除湿陷性。关键词：湿陷性黄土；复合地基；DDC法；增湿法；预浸水法中图分类号：TU4
2、44 文献标识码：B请预览后下载！1 引言黄土作为一种多孔隙、弱胶结的第四纪沉积物。而黄土的湿陷性主要是有黄土所具有的架空孔隙（主要为中孔隙）结构决定的，黄土的微观结构决定着黄土的渗透性和各种工程地质性质。其失效形式主要有黄土地基湿陷、液化和震陷，黄土边坡的崩塌、坍塌、滑坡、坡面冲刷等。2 湿陷性黄土一般性质综述颗粒成分 黄土在我国分布面积相当的广泛，一般颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄、黄褐、棕黄色。颗粒组成以粉粒(0.0750.005mm)为主，含量5272%，粒径大于0.25mm 的较少。我国的黄土粒度成分自西北向东南，细粘土颗粒逐渐增多，较粗颗粒逐渐减少，黄土的不均匀系数 Cu的平均
3、值在 612 之间。颗粒特征 结构基本单元一般由原始矿物颗粒和集合体组成，集合体包括一般的集粒和凝块两种：集粒包括带棱角或磨圆的粗颗粒、粘粒、微细碳酸盐胶结而成的集粒；凝块是由于集粒的碳酸钙被淋湿，集粒变软而成。3 黄土的湿陷机理3.1 湿陷性黄土的结构性从力学性质来考虑, 湿陷性黄土的特性突出地表现在它的结构性、欠压密性和湿陷性三个方面。黄土的结构性是描述土物理本质中比粒度、密度、湿度更为重要的一个侧面, 它是指黄土的骨架颗粒成份、形态、排列方式、孔隙特征、胶结物种类以及胶结程度等对黄土的工程性质的影响。由电镜分析可知, 组成原状黄土颗粒的成份主要是单个的粉粒和由粘胶微细碎屑胶结成的集粒.
4、除此之外, 还有少数片状和棒状颗粒, 这些单个的颗粒和集粒一般是颗粒间点接触, 但也有少数的面胶结接触方式。黄土中的孔隙包括根洞、虫孔、裂隙之类的大孔隙； 骨架颗粒相互支架构成的中孔隙, 以及粘粒间的孔隙, 和存在于土体内起骨架作用的集粒内的孔隙构成黄土中的微孔隙,黄土中颗粒的胶结物一般为碳酸钙, 石膏为集粒内部的胶结物。黄土的结构可视为一个由单粒、集粒或凝块等骨架单元共同形成的空间结构体系。它的单元形态( 单粒的矿物碎屑与集粒或凝块) 确定了力的传递性能和土的变形性质, 它的连接方式( 点接触、面接触)确定了土的结构强度, 它的排列方式( 大孔隙、架空孔隙、粒间孔隙) 确定了土的稳定性。 单
5、粒点接触、架空孔隙占优势的结构, 湿陷性大; 集粒或凝块面接触、粒间孔隙占优势的结构, 湿陷性小。请预览后下载！收稿日期：yyyy-mm-dd * 基金项目：项目名称（编号）作者简介：王飞阳（1990-），男，在校硕士生，主要从事岩土工程研究.E-mail:请预览后下载！请预览后下载！3.2 湿陷发生的原因根据黄土湿陷变形的结构理论认为黄土的微结构特征是黄土中的粘胶微粒和碳钙凝成的集粒和微碎屑矿物共同组成的许多架空结构和孔隙, 粒状架空结构是骨架颗粒之间直接接触, 颗粒间的连接刚度和强度均较小, 在力荷载和水荷载作用下发生变形和溃散, 颗粒发生新的配位和排列, 发生不同的湿陷变形；当黄土骨架颗
6、粒间连接为非架空的镶嵌排列, 颗粒间连接的刚度和强度均较好, 骨架结构稳定, 在荷载和水作用下只有压密变形, 湿陷变形不显著, 即所谓的非湿陷性黄土. 试验研究发现，土样浸水，湿陷后，集粒粘结物的软化、溶解及颗粒之间连接的软化、破坏, 使之削弱了土颗粒连接的总强度, 使黄土颗粒分散化, 并在土中剪应力的作用下, 滑落到土体中的大、中孔隙内, 使土体结构急速崩溃, 造成湿陷. 可见, 使黄土产生湿陷的原因虽然非常复杂, 但可归纳为内部和外部两种因素, 内因是黄土的骨架颗粒形态、排列方式、孔隙特征和颗粒胶结形式等显微结构特征; 而土体中的吸力和非水稳定性胶结力的破坏及由此而引起的水稳定性胶结力和摩
7、阻力的超载, 所导致的土体结构破坏, 则是黄土湿陷性的外因。4 黄土湿陷性测定试验测定黄土湿陷性的试验分别为室内压缩试验、现场静载荷试验、现场试坑浸水试验。室内压缩试验主要用于测定黄土的湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力；现场静载荷试验可测定黄土的湿陷性和湿陷起始压力，基于室内压缩试验测定黄土的湿陷性比较简便而且课同时测定不同深度的黄土湿陷性，所以仅规定现场测定湿陷起始压力；现场试坑浸水试验主要用于确定自重湿陷量的实测值，以判定场地湿陷类型。5 湿陷性黄土地基处理方法5.1 垫层法该方法适用地下水位以上, 局部或整片处理, 可处理的湿陷性黄土层的厚度为13m。施工时应先将基底下拟处理的湿陷性
8、黄土挖出, 并利用基坑内的黄土或就地挖出的其他黏性土作填料, 灰土应过筛和拌合均匀, 然后根据所选用的夯实设备, 在最优或接近最优含水量下分层回填、夯实至设计表高。它消除了垫层范围内的湿陷性, 减轻或避免了地基因附加压力产生的湿陷, 可以使地基的自重湿陷表现不出来。这种方法施工简易, 效果显著, 是一种常用的地基浅层处理或部分湿陷性处理方法。请预览后下载！表1 黄土湿陷判定标准Table1 Criteria of loess collapsibility请预览后下载！湿陷系数 s湿陷程度湿陷起始应力自重湿陷性s0.015否无无0.015s0.03轻微较大无0.030.07强烈较小有请预览后下载
9、！照片l 支架接触, 架空孔隙, 支架大孔结构中更新世旱期黄上； 照片2 镶嵌接触，粒间空隙, 镶嵌徽孔结构。晚更新世黄土； 照片3 囊包接触, 支架大孔半胶结结构。中更新世早期黄上；照片4 颗粒分散分布, 凝块胶结结构。晚更新世黄上；照片5 三角状石英颗粒, 表面有直形槽沟。晚更新世黄上；照片6 石英颗粒表面有机械作用形成的碟形坑，早更新世晚期黄土；照片7 表面且阶梯状解理面和贝壳状断口的石英颗粒，中更新世早期黄土；照片8 高岭石, 呈不规则片状集合体分布在方解石中,中更新世晚期黄土；照片9 管状多水高岭石, 不规则分布在黄上孔隙周围，更新世旱期黄上图1 黄土的微观结构Fig.1 The m
10、icrostructure of loess请预览后下载！请预览后下载！5.2 强夯法该方法适用于地下水位以上, 饱和度小于等于60% 的湿陷性黄土, 局部或整片处理, 可处理的湿陷性黄土层的厚度为312m。强夯法亦称动力固结法, 通过重锤的自由落下, 对土体进行强力夯实, 以提高其强度, 降低其压缩性, 该法设备简单, 原理直观, 适用广泛, 特别是对非饱和土加固效果显著。这种方法加固地基速度快, 效果好, 投资省, 是当前最经济简便的地基加固方法之一。5.3 挤密法该方法适用于地下水位以上且饱和度小于等于65%的湿陷性黄土, 可处理的湿陷性黄土层厚度请预览后下载！为515m。挤密法是指用沉
11、管、冲击、夯扩、爆破等方法成孔, 然后用填料, 如素土、灰土必要时用水泥分层回填夯实的一种地基处理方法。这种方法施工简便, 是一种效果好较经济的方法。5.4 预浸水法预浸水法是在建筑物修建前预先对湿陷性黄土场地大面积浸水，使黄土在饱和自重压力作用下产生湿陷和压密,以消除全部黄土湿陷性及深层黄土的外荷湿陷性。上部仍具有外荷湿陷性的土层须另作处理，如采用土垫层、重锤夯实等。预浸水法一般适用于湿陷性黄土厚度大、湿陷性强烈的自重湿陷5.5 挤密桩挤密桩是一种人工复合地基, 属于深层加固地基的一种方法。它利用沉管的方法在地基中形成桩孔, 通过在桩孔内填夯灰土、素土、粉煤灰、水泥石灰等材料来挤密加固地基。
12、该类桩可以以土治土、就地取材、工期较短、费用较低, 对湿陷性黄土可以消除浅层和深层部分或全部湿陷性。在我国西北、华北地区应用广泛。灰土桩、土桩及石灰粉煤灰桩适用于地下水位以上, 处理深度5 15 m, 黄土含水量介于14% 23%的黄土地基或人工填土地基。当以消除地基湿陷性为主要目的时, 宜采用土桩; 当以消除湿陷性, 降低压缩性, 提高承载力为主时, 宜采用灰土挤密桩。5.6 DDC桩法（孔内深层强夯工法）在加固地基时，采用强夯重锤对孔内填料以高压强动能强夯，使地基土受到很高的预压应力，处理后的地基浸水或加载都不会产生明显的压缩变形，复合地基承载比原天然地基可提高3倍9倍。最大处理深度可达3
13、0m，桩体直径可达0.6m2.5m。而且桩间土也受很大侧向挤压力，同样也被挤密加固。桩周土被挤密形成了强制挤密区、挤密区以及挤密影响区、复合地基的整体刚度均匀，这是一般柔性桩加固地基难以取得的效果。6 案例分析 某工程地基状况：(1)黄土状粉土，层厚3340 m。上部浅黄色，稍湿，垂直节理发育，有虫孔和大孔隙；17 m 以下呈棕黄色，略显水平层理。(2) 黄土状粉质黏土，层厚大于30 m，棕红色，一般可塑，含可见孔隙，具水平层理，夹黄土状粉土薄层。该场地的湿陷性土层下限深度大于30 m，湿陷系数s=0.0030.114，自重湿陷系数zs=0.0030.085，自重湿陷量 zs=23.10172
14、.51cm，总湿陷量 s=52.2213.8 cm，为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级一般为IV 级。根据上述提到的湿陷性黄土地基处理的方法分析可得： (1) 全部消除基础以下黄土层湿陷性，这对于湿陷性黄土土层厚度在15 m 以内时容易达到，其常用方法有垫层法(处理深度13 m)、强夯法(处理深度312 m)、挤密法(处理深度515 m)。上述案例湿陷性黄土厚度达30m，要完全消除黄土层的湿陷性，显然常用黄土层地基处理方法均不能达到要求。（2）黄土浸水后，集粒粘结物的软化、溶解及颗粒之间连接的软化、破坏, 使之削弱了土颗粒连接的总强度, 使黄土颗粒分散化, 并在土中剪应力的作用下, 滑落到土体中的
15、大、中孔隙内, 使土体结构急速崩溃, 造成湿陷。对此地基可以做预浸水处理，降低深层黄土孔隙率，使得其消除湿陷性。预浸水处理要求有足够的工期（整个过程持续一年左右），足够的水源，且会对周围的建筑产生较大的影响。在工程允许的情况下，可以做预浸水处理，预浸水法只能处理6m以下的湿陷性黄土。浅层湿陷性黄土可以采用垫层法、强夯法等地基处理方法。（3）此工程也可以考虑DDC法（孔内深层强夯法）。由于黄土在干燥的情况下，其强度比较高，因此为了达到强夯效果，可以采用增湿法。增湿法要先进性钻孔，控制水压来达到增湿的效果。然后，进行孔内深层强夯法。通过两种复合的方法能有效的消除黄土的湿陷性，该方法所需工期较短，处
16、理效果显著。7 结论湿陷性黄土地基处理需要考虑很多因素：黄土的结构、黄土层的厚度、湿陷系数、上部荷载大小、施工条件、浸水的难易程度、场地的地质条件、可能请预览后下载！对周围建（构）筑物的影响。根据对湿陷性黄土地基处理方法和工程案例分析，可以得到以下结论。（1）常用的湿陷性黄土地基处理方法（如强夯法、垫层法等）消除湿陷性范围有限，一般适用于黄土厚度不大的地基。同时，这几种方法也可以与其他方法（主要能消除深层湿陷性，消除浅层湿陷性效果不显著）结合使用，如上述提到的增湿法与DDC法结合，预浸水法与强夯法、垫层法等浅层黄土处理方法结合。（2）在大厚度自重湿陷性黄土场地上，无论建构筑物采用何种基础形式，
17、地基处理宜采用整片处理，整片处理比局部处理整体性效果好，剩余湿陷量的控制也可适当放宽。湿陷性黄土地基处理方式多种多样，针对不同的工程特点和要求，选用合适的处理方法非常重要。预浸水法、DDC 法和挤密法都是处理大厚度湿陷性黄土地基行之有效的方法，在推广应用的同时应注意总结经验，进一步加以改进，只要合理的控制剩余湿陷量，就可达到施工简便、保证质量、节约工程投资的目标，取得良好的经济效益和社会效益。（3）DDC法不仅能消除深层黄土的湿陷性，而且能够合理的利用建筑垃圾，用作填石料。因此地基处理的方法要尽量考虑对环境有利的处理措施，不仅能降低成本，还能改善环境。参考文献：1 中华人民共和国国家标准编写组
18、. GB500252004 湿陷性黄土地区建筑规范S. 北京：中国建筑工业出版社，2004.(The National Standards Compilation Group of Peoples Republic of China. GB500252004 Code for building construction in collapsible loess regionsS. Beijing：China Architecture and Building Press，2004.(in Chinese). 2 钱鸿缙，罗宇生. 湿陷性黄土地基M. 北京：中国建筑工业出版社，1985.(QIA
19、N Hongjin，LUO Yusheng. Collapsed loess foundation M.Beijing：China Architecture and Building Press，1985.(in Chinese)3 罗宇生，汪国烈. 湿陷性黄土研究与工程M. 北京：中国建筑工业出版社，2001：123126.(LUO Yusheng，WANG Guolie. Research and engineering of collapsed loessM. Beijing：China Architecture and Building Press，2001：123126.(in Ch
20、inese).4 王军平. 对深厚湿陷性黄土地基处理的探讨J. 西北水电，2004，(2)：4143.(WANG Junping. Discussion on profundity collapsible loess foundation treatmentJ. Northwest Water Power，2004，(2)：4143.(in Chinese)5 王兰民，马巍，陈正汉 特殊土工程中的关键科学问题研究与展望，On Research and its Prospect of Key Problems in Special Soil Engineering.6 黄雪峰，陈正汉，方祥位 大
21、厚度自重湿陷性黄土地基处理厚度与处理方法研究 岩土力学与工程学报，2007，Study on foundation treatment thickness and treatment method for collapse loess with large thickness.7 杨世江，张健 DDC（复合地基）法结合增湿法处理湿陷黄土地基 新疆电力技术，2011。请预览后下载！Treatment Method for Collapse Loess and Its Application in EngineeringWang Feiyang（School of civil engineerin
22、g and transportation , South China University of Technology ,Guangzhou 510000 ,Guangdong, China）Abstract: Many kinds of foundation treatment methods are applicated in collapse loess foundation. Based on the analysis of different treatment methods of collapse loess and the analysis of engineering exa
23、mple, different sorts of composite foundations were studied on. Composite treatment methods are conducted in actual engineering. Two types presoaking method and dynamic compaction method, DDC method (down hole dynamic compaction method) and addition on wet method are conducted on in collapse loess w
24、ith large thickness. Thus, it comes to the conclusion that, disadvantage of the presoaking method has a long construction period, large disturbance to the surrounding environment, whereas DDC method has a short construction period, small disturbance to surrounding environment, and can effectively eliminates collapsibility.Key words: collapse loess; composite foundation; DDC method; addition on wet method; presoaking method请预览后下载！ （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!） 请预览后下载！