湿陷性黄土地区地基处理方案之比较讲解.docx

1、湿陷性黄土地区地基处理方案之比较讲解摘要湿陷性黄土在全世界范围内分布广泛，由于湿陷性黄土地区土质结构和地质结构的特殊性，因此对于各种建筑物的地基处理问题应当慎重考虑，选择地基的处理方法也是尤为重要的本文中根据湿陷性黄土的结构特点和湿陷程度对处理湿陷性黄土地区地基的各种方法进行研究结合实际实例，对已知的几种方法进行比较分析为湿陷性黄土地区地基处理方法的选取提供依据少关键词：湿陷性黄土 地基处理方法AbstractCollapsible widely distributed all over the world, due to the special nature of collapsible l

2、oess soil structure and geological structure of the region, and therefore deal with the foundation of various buildings should be carefully considered in this article, based on wet-collapsible loess structure characteristics and the degree of processing collapsible loess region foundation study vari

3、ous methods combined with practical examples, several methods known for the comparative analysis of selected loess region provide the basis for ground treatment methodKey words: Collapsible Foundation Treatment Methods 第1章 绪论1.1课题研究的目的意义从土的结构性出发进行土的工程性质的研究已成为土力学发展的新方向，而黄土由于其特殊的结构所具有的湿陷性为黄土地区的建设安全带来了

4、巨大的隐患。湿陷性黄土在天然状态下可以保持较高的强度和较低的压缩性，但遇水浸湿后，结构迅速破坏，发生突然地下沉变形，强度也随之大幅下降，具有极大地危害性。因此对湿陷性黄土地区的建筑物不论地基承载力是否达到容许承载力都应对地基进行处理一者已消除失陷为目的，二者以提高承载力为主，同时应消除或减少黄土的湿陷性。以保证建筑物的安全正常使用。1.2 国内外研究现状 全世界黄土分布总面积1300万平方公里，约占全球大陆面积的9.3。它主要位于新西兰、澳大利亚、北美洲、法国北部和东部、中欧中部以及阿尔卑斯山和多瑙河流域等等。同时，在东欧草原，从波兰到伏尔加河流域也有分布。中国黄土主要分布在黄河流域，比较集中

5、的是黄河中游，如山西西部，陕西及甘肃大部分地区内黄土最为发育，地层齐全，厚度大分布广而连续，除这一区域外，在河北、山东、内蒙、辽宁、吉林、青海、新疆、宁夏南部也有黄土分布，但发育程度均显次之。1934年土桩挤密法由原苏联阿别列夫教授首创,并被广泛用于工程建设，至今仍是独立体和东欧一些国家深层处理湿陷性黄土地基的一种主要方法。俄罗斯、美国也是黄土分布较多的国家主要使用重锤表层夯实、强夯、垫层、挤密桩复合地基、垫处理、预浸水、爆扩桩、化学加固和桩基础等方法。近年来，深层孔内夯扩挤、高压旋喷注浆法，以及复合载体夯扩桩等也得到推广使用。在我国华北、西北地区广泛分布黄土常会遇到黄土地基处理问题通常包括低

6、湿度湿陷性黄土以消除或减小湿陷变形危害为主要目的，同时需提高地基承载力的地基处理问题，以及高湿度软弱黄土（尤其是饱和黄土，多由湿陷性黄土饱水转化而成，饱和度SR80%）以提高地基承载力、减少有害压缩变形为目的的地基处理问题。由于后者的工程特性多与一般粘性土类似，主要应考虑地基的压缩变形，可按软弱粘性土对待，而前者则主要应考虑地基受水浸湿后的湿陷变形。1.3论文研究内容1.3.1 湿陷性黄土地区地基的处理方法1.3.1.1 垫层法湿陷性黄土地基处理中所用的垫层法。实际上是开挖置换法，或称换土垫层法。这种方法是将基底下的湿陷性黄土全部或部分挖除，然后用素土或灰土分层夯实做成垫层，以便消除地基的部分

7、或全部湿陷量，并可减小地基的压缩变形和渗透性，提高地基承载力。适用于地下水位以上土层厚度13m。就地基处理范围而论，可将其分为局部垫层和整片垫层。当仅要求消除基底以下13m湿陷性黄土的湿陷量时，宜采用局部或整片土垫层进行处理；当同时要求提高承载力或增强水稳性时，宜采用局部或整片灰土垫层进行处理。一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取200300mm。为保证分层压实质量，应控制机械碾压速度。垫层的施工质量必须分层检验，应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土。1.3.1.2 夯实法夯实法是利用重锤自由落下的冲击能来夯实地基，包括重夯法和强夯法。适用于处理饱和度小于60的湿陷性黄土。当要求消除湿陷性

8、的土层厚度为12m时，宜采用重夯法；当要求消除湿陷性的土层厚度为36m时，宜采用强夯法。两种方法的工艺和设备有些类似，但强夯法的夯击功能较重夯法的夯击功能大得多。1.3.1.3 挤密桩法挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基，可以用于地基的局部处理也可以用于整片处理，处理的厚度为515m。这种方法是用机械、人力或爆破成孔后，填以最优含水量的素土或灰土并分层夯实，其压实系数不得小于0.93，形成土或灰土桩，以达到加固地基的目的。土桩是一种柔性桩，不同于钢筋混凝土等刚性桩。不但土桩本身要承受上部荷载，而且，挤密后的桩间土也要分担较大的荷载。实际上土桩与桩间土共同组成了复合地基，即土桩挤密地

9、基。土桩挤密地基，与土垫层一样，具有消除地基湿陷性，降低渗透性和压缩性，提高承载力的功效。因此，对于局部处理与整片处理的选择，应视具体情况而定。如有隔水、防渗要求者，宜采用整片处理，无隔水、防渗要求者。可采用局部处理；剩余湿陷量小，可采用局部处理，剩余湿陷量大，宜采用整片处理；多、高层民用建筑，宜采用整片处理，单层工业厂房可采用局部处理，或采用局部处理与整片浅处理相结合。工程实践表明，挤密桩法是一种深层处理湿陷性黄土地基的较好的方法。1.3.1.4 预浸水法 预浸水法是在建筑物修建之前，对自重湿陷性黄土场地进行大面积浸水，使土体在饱和自重压力下发生自重湿陷、产生压密，以消除距地表45m深度以下

10、全部黄土层的白重湿陷性。上部45m厚的土层作为被动层不产生自重湿陷，但仍具有外荷湿陷性，需另作处理。预浸水法的优点是，拖工简便，费用低廉，处理范围广、深度大、效果好，同时。能消除地下暗缝、洞穴、墓坑等不良工程隐患。因此，特别适用于自重湿陷性土层厚、自重湿陷性强的黄土场地。对于自重湿陷性土层厚度大于l0m。自重湿陷量超过50m的场地，均可采用预浸水法进行处理。预浸水法的浸水影响范围较大。其影响范围与湿陷性土层的厚度和土性有关，国内浸水试验资料表明，厚度大于15m的自重湿陷性黄土，浸水影响范围一般为湿陷性黄土层厚度的12.6倍。因此，浸水坑与已有建筑物之间的净距，不易小于自重湿陷性土层厚度的3倍，

11、同时，也不宜小于50m；并应防止浸水对附近建筑物和场地边坡的稳定性所造成的不良影响。预浸水法用水量大、工期长。因此，预浸水法只能在具备充足水源又有较长施工准备时间的条件下采用。1.3.1.5 桩基础湿陷性黄土地基采用桩基础的目的，是将一定长度的桩穿透湿陷性黄土层，支承在坚实的非湿陷性土层上，使上部的荷载通过桩传人桩端坚实土层上，这样，即使地基受水浸湿，也能完全避免湿陷对建筑物的危害。适用于基础荷载大，有可靠的持力层的地基，土层厚度不大于30m。湿陷性黄土地区的桩基础，基本上都属于端承桩。天然湿陷性黄土中的桩基础，虽然桩侧正摩阻力值较大，但是，对于自重湿陷性黄土地基，浸水后桩周土将相对下沉。不仅

12、使桩侧正摩阻力基本消失，而且还会产生负摩阻力，于是，桩所承受的荷载，包括负摩阻力在内，便完全由桩端土来承担。对于非自重湿陷性黄土地基。浸水后桩侧虽有一定正摩阻力存在，但由于土体过于饱和，摩阻力作用大为减弱，基本上以端承为主。因此，在湿陷性黄土地区的桩基础设计中，单桩承载力的确定，应考虑桩侧负摩阻力的影响。只要单桩承载力满足要求，不需要验算群桩承载力。1.3.1.6 湿陷性黄土地区地基防水措施和结构措施的作用设置防水措施主要是防止大气降水、生产和生活用水以及浸入地基，其中包括场地排水、地面的防水、排水沟和管道的排水、防水等。设置结构措施是使建筑物适应或减少不均匀沉降所造成的危害。保护加固地基进而

13、提高其承载力。第2章黄土的湿陷性评价黄土由固态、液态、和气态三相组成，其三相组成间重量和体积的比例关系，可以反映出土的一系列物理性质，这些性质常用一些指标来表示：如颗粒组成、土粒比重、含水量、容重、孔隙比、孔隙率、饱和度、液限、塑限、塑性指数、液性指数等。研究黄土的物理性质指标及其湿陷性质的关系，在工程上具有一定的实际意义。2.1 黄土的物理性质2.1.1 湿陷性黄土的颗粒组成2-1黄土黄土是干旱和半干旱气候条件下的沉积物，主要也是那些岩石、矿物和非晶体化合物的零碎片或碎屑（如图2-1）。颗粒本身既可以是矿物质的结晶构造，也可以是非晶体构造。黄土在生成初期，不断蒸发土中水分，土孔隙中的毛细作用

14、。使水分逐渐集聚到较粗颗粒的接触点处。细粉粒一般集聚在较大颗粒的接触点处与其它胶体物质一起作为填充材料。不同时代的黄土颗粒组成不同，如第四纪早期的黄土的颗粒含量比晚期的要高，相比之下早期的细砂含量比晚期的较低。我国的湿陷性黄土的颗粒主要为粉土颗粒，而粉土颗粒中又以粗粉土颗粒为多。湿陷性黄土颗粒从西北向东南有逐渐变细的规律。一般认为，黄土的湿陷性到非湿陷性的过渡是通过粘粒含量的增加而确定的。粒径大于20微米的颗粒完全没有胶结能力；520微米的颗粒基本没有胶结能力；25微米的颗粒为半胶结材料；小于2微米的胶粒、铁铝胶体、无定形硅酸盐和有机物遇水都是可塑性胶结材料。2.1.2湿陷性黄土的土粒比重黄土

15、的土粒比重一般为2.512.84，平原地区的黄土大多数在2.622.76范围内。比重的大小与土的颗粒组成有关，粗粉粒和砂粒含量较多时，比重常在2.69以下；如粘粒含量多，比重多在2.72以上。由于黄土的颗粒组成和其液限、塑限有一定的关系，因而可以建立塑性指数和比重之间的对应关系。表2-1是我国西北地区湿陷性黄土的土粒比重与塑性指数的统计关系湿陷性黄土土粒比重G与塑性指数的统计关系 表2-1G172.672.692.712.722.732.742.1.3 含水量和饱和度湿陷性黄土的天然含水量在3.325.3之间，其大小与场地的地下水深度和年平均降雨量有关。在多数情况下，黄土的天然含水量都较低。土

16、的天然含水量与湿陷性关系较大，含水量越低，湿陷性越强烈，随着含水量的增大，湿陷性逐渐减弱。黄土的天然含水量超过25时，便不再具有湿陷性；而其压缩性则正好相反。当一项工程投入使用后，由于场地排水、蒸发条件的变化，常使土的含水量比勘察时较大，并导致土的湿陷性退化和压缩性增大。即使各种管道设施良好，没有渗漏，基础沉降也可能长期不稳定，这种现象在原始含水量较低、孔隙比较大的自重湿陷性黄土地基中容易产生，勘察设计时应适当考虑这一特点。2.2湿陷性黄土的工程特性黄土在一定压力作用下，因受水浸湿导致土结构遭到迅速破坏，发生显著下沉现象，称之为湿陷。具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄

17、土和非自重黄土在上覆土的在上覆土的自重压力下受水浸湿，发生显著附加下沉的湿陷性黄土称之为自重湿陷性黄土，在上覆土的自重压力下受水浸湿，不发生显著附加下沉的湿陷性黄土称之为非自重湿陷性黄土。2.2.1 湿陷性黄土的化学性质黄土的化学性质对了解黄土的湿陷性具有一定的意义，但目前这方面的研究还比较少。黄土的成分中主要为二氧化硅、倍半氧化物和碳酸盐类，二氧化硅主要存在于由粗颗粒到胶粒的各级粒组中。钙、镁呈固态或液态主要存在于黄土中，为重要胶结物。另外黄土的酸碱特征、黄土中胶体颗粒的离子交换特性、黄土有机质等都对黄土受荷承载能力有重要影响。2.2.2湿陷性黄土的力学性质湿陷性黄土的力学性质主要包括压缩性

18、、湿陷性、抗剪强度和透水性，其中以湿陷性、压缩性最为重要，湿陷性、压缩性主要表现形式是压缩变形和湿陷变形两种。压缩变形是由公路路基及其构造物的荷载引起的,随时间增长而逐渐衰减,并很快趋于稳定,当基底压力不超过地基土的容许承载力时,地基的压缩变形将会很小,一般能满足公路及其构造物对沉降变形的要求；湿陷变形则是地基被水浸后所引起的一种附加变形,具有局部性和突发性,而且湿陷变形不均匀,对公路路基及其构造物的危害严重。2.2.3湿陷性黄土的特点在土的自重压力或土的附加压力与自重压力共同作用下，受水浸湿时将产生大量而急剧的附加下沉，这种现象称为湿陷，它与自重湿陷性黄土一般土受水浸湿时所表现的压缩性稍有增

19、加的现象不同。由于各地区黄土形成时的自然条件差异较大，因此其湿陷性也有较大差别，有些湿陷性黄土受水浸湿后的土的自重压力下就产生湿陷，而另一些黄土受水浸湿后只有在土的自重压力和附加压力共同作用下产生湿陷。前者称为自重湿陷性黄土，后者称为非自重湿陷性黄土，一般将黄土开始湿陷时的相应压力称为湿陷起始压力，可看作黄土受水浸湿后的结构强度。当湿陷性黄土实际所受压力等于或大于土的湿陷起始压力时，土就开始产生湿陷。反之，如小于这一压力，则黄土只产生压缩变形，而不发生湿陷变形。湿陷变形不同于压缩变形，通常压缩变形在荷载施加后立即产生，随着时间的增长而逐渐趋向稳定。对于大多数湿陷性黄土地基来说，（不包括饱和黄土

20、和新近堆积的黄土），压缩变形在施工期间就能完成一大部分，竣工后三个月到半年即基本趋于稳定。而湿陷变形的特点是：变形量大，常常超过正常压缩变形的几倍甚至几十倍；发生快，一般在浸水1-3小时就开始湿陷。就一般的湿陷事故而言，往往在1-2天内就可能产生20-30cm的变形量，这种量大、速率快而又不均匀的变形往往使建筑物发生严重变形甚至破坏。而湿陷的出现完全取决于受水浸湿的机率，有的建筑物在施工期间即产生湿陷事故，而有的则在几年甚至几十年后才出现湿陷事故。2.3失陷系数陷系数，湿陷的起始压力和湿陷的起始含水量，其中以湿陷系数最为重要。湿陷系数是单位厚度土样在土自重压力或自重压力与附加压力共同作用下浸水

21、所产生的湿陷量。它的大小反映了黄土对水的敏感程度，湿陷系数越大，表示土受水浸湿后的湿陷量越大，因而对建筑物的危害越大，反之，则小。湿陷性黄土湿陷系数一般通过室内压缩仪进行测试，并按下式计算湿陷系数的：式中： 为土样在压力p作用时下沉稳定后的高度；为上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度；为土样的原始高度；为土样在压力p作用下下沉稳定后的孔隙比；为上述加压稳定后土样在浸水作用下下沉稳定后的孔隙比； 为土样的原始孔隙比。湿陷系数在工程中主要用于：1）判别黄土的湿陷性；2）鉴别湿陷性黄土湿陷性的强弱；3）预估湿陷性黄土地基的湿陷量。对与黄土湿陷性的判别以湿陷系数0.015定为非湿陷性黄土，湿陷系数0.015,定为湿陷性土。湿陷系数的湿陷性黄土，湿陷起始应力值较大，地基受水浸湿时，湿陷性轻微，对建筑物危害较小：0.038%的土料都不得使用。灰土所用的消石灰应符合级以上标准,贮存期不超过3个月,石灰应消解34d,并要筛除石灰块后使用。(2)灰土垫层施工前必须对基坑(槽)进行初步检验,如发现坑(槽)内有局部软弱土层或孔穴,应挖出后用素土或灰土分层充填夯压密实。(3