濕陷性黃土地基處理

濕陷性黃土地基的濕陷特性，會對結構物帶來不同程度的危害，使結構物大幅度沉降、開裂、傾斜，甚至嚴重影響其安全和使用。因此，在黃土地區修築橋涵等結構物時，應對濕陷性黃土地基有可靠的判定方法和全面的認識，並採取正確的工程措施，防止或消除它的濕陷性，這個過程稱為濕陷性黃土地基處理。

基本介紹

• 中文名：濕陷性黃土地基處理
• 概念：防止或消除濕陷性黃土的濕陷性
• 適用條件：濕陷性黃土地基
• 目的：控制其濕陷性的發生
• 常用方法：灰土墊層、重錘夯實等
• 所屬學科：工程技術

濕陷性黃土的概念

濕陷性黃土是黃土的一種，凡天然黃土在一定壓力作用下，受水浸濕後，土的結構迅速破壞，發生顯著的濕陷變形，強度也隨之降低的，稱為濕陷性黃土。濕陷性黃土分為自重濕陷性和非自重濕陷性兩種。自重濕陷性黃土在上覆土層自重應力下受水浸濕後，即發生濕陷；在自重應力下受水浸濕後不發生濕陷，需要在自重應力和由外荷引起的附加應力共同作用下，受水浸濕才發生濕陷的稱為非自重濕陷性黃土。

黃土濕陷性的判定和地基的評價

黃土由於顆粒礦物成分、生成年代、環境以及成岩作用的原因和程度的不同，有濕陷性和非濕陷性之別。濕陷性黃土地基中，自重濕陷性黃土地基與非自重濕陷性黃土地基在濕陷量大小、承載能力等方面也有較大差別。不同地區的自重或非自重濕陷性黃土也因上述原因，濕陷性、濕陷敏感程度等都有明顯不同。因此，對黃土是否屬濕陷性應有統一的判定方法和標準，地基濕陷類型、濕陷程度也應評定正確、恰當。

黃土濕陷性的判定

濕陷性黃土除了具備黃土的一般特徵如呈黃色或黃褐色，粒度成分以粉土顆粒為主，約占50%以上，具有肉眼可見的孔隙等外，它還呈鬆散多孔結構狀態，孔隙比常在 1.0 以上，天然剖面上具有垂直節理，含水溶性鹽（碳酸鹽、硫酸鹽類等）較多。垂直大孔性、鬆散多孔結構和遇水即降低或消失的土顆粒間的加固凝聚力（主要由水溶性鹽在土顆粒間沉澱凝結而產生），是黃土發生濕陷的兩個內部因素，而壓力和水是外部條件。

黃土濕陷性的判定，國內外都採用濕陷係數δ_s 值來判定，δ_s 可通過室內浸水壓縮試驗測定。把保持天然含水量和結構的黃土土樣，逐步加壓，達到規定試驗壓力，土樣壓縮穩定後，進行浸水，使含水量接近飽和，此時土樣迅速下沉，再次達到穩定，得到浸水後的土樣高度h‘_p，如右圖，由下式可求得土的濕陷係數δ_s

圖1

式中h₀———土樣的原始高度（cm）；

h_p———保持天然濕度和天然結構的土樣，加壓至規定壓力時，下沉穩定後的高度（cm）；

h'_p———上述加壓穩定後的土樣，在浸水作用下，下沉穩定後的高度（cm）。

測定濕陷係數δ_s 的壓力，對於基礎底面壓力小於和等於300kPa的橋涵，自基底算起，10m以內的土層採用 200kPa，新近堆積黃土採用150kPa，10m以下至非濕陷性土層頂面，採用其上覆土的飽和自重土壓力（當上覆土的飽和自重土壓力大於300kPa時，仍採用300kPa）；對於基礎底面壓力大於300kPa的橋涵，應採用實際壓力。當濕陷係數δ_s 等於或大於0.15時，為濕陷性黃土，否則為非濕陷性黃土。

濕陷性黃土地基濕陷類型的劃分

黃土地區建築場地的濕陷性類型按自重濕陷量Δ_zs判定。當自重濕陷量Δ_zs小於或等於7cm時，定為非自重濕陷性黃土場地，當Δ_zs大於7cm時，定為自重濕陷性黃土場地。

濕陷性黃土的自重濕陷量Δ_zs可按下式計算：

式中 Δ_zs———自重濕陷量（cm）；

δ_zsi———第i層土在上覆土的飽和（S_r≥0.85）自重壓力下的自重濕陷係數；

h_i———第i層土的厚度（cm）；

β₀———因地區土質而異的修正係數，隴西地區取1.5，隴東和陝北地區取1.2，關中地區取0.7，其他地區取0.5。

自重濕陷量Δ_zs的累計自天然地面算起（當挖、填方的厚度和面積較大時，自設計地面算起），至其下全部濕陷性黃土層的底面為止，其中自重濕陷係數δ_zs小於0.015的土層可不計。

濕陷性黃土地基濕陷等級的判定

濕陷性黃土地基的濕陷等級，即地基土受水浸濕發生濕陷的程度，可以用地基內各土層濕陷下沉穩定後所發生濕陷量的總和（總濕陷量）來衡量，總濕陷量越大，對橋涵等結構物的危害性越大，其設計、施工和處理措施要求也應越高。基底以下地基的濕陷量Δ_s（cm）按下式計算：

式中δ_si———自基底算起第i層土的濕陷係數；

h_i———基底以下第i層土的厚度（cm）；

β———考慮地基土側向擠出條件、浸水幾率等因素的修正係數，基底下5m（或壓縮層）深度內取1.5；5m（或壓縮層）以下，非自重濕陷性黃土取β=0，自重濕陷性黃土地基可按β₀取值。

基底以下地基的濕陷量Δ_s應自基礎底面算起，對於非自重濕陷性黃土，累計至基底以下5m深度為止。對於自重濕陷性黃土處的大橋和特大橋，累計至非濕陷性土層頂面為止；對於其他橋涵，當基底以下自重濕陷性黃土厚度大於10m時，隴西、隴東、陝北、晉南、豫西地區的累計深度應不小於15m，其他地區應不小於10m，其中濕陷係數δ_s小於0.015的土層可不累計。濕陷性黃土地基的濕陷等級，應根據自重濕陷量Δ_zs和基底以下地基濕陷量Δ_s的大小按下表判定。

濕陷性類型		非自重濕陷性場地	自重濕陷性場地
自重濕陷量Δzs（cm）		Δzs≤7	7<Δzs≤35	Δzs>35
基底以下地基的; 濕陷量Δs（cm）	Δs≤30	Ⅰ（輕微）	Ⅱ（中等）	—
	30<Δs≤60	Ⅱ（中等）	Ⅱ或Ⅲ	Ⅲ（嚴重）
	Δs> 60	—	Ⅲ（嚴重）	Ⅳ（很嚴重）

註：①當30cm<Δ_s≤50cm，7cm<Δ_zs≤30cm時，定為Ⅱ級；②當50cm<Δ_s≤60cm，30cm<△_zs≤35cm時，定為Ⅲ級。

濕陷性黃土地基的處理

濕陷性黃土地基處理的目的是改善土的性質和結構，減小土的滲水性、壓縮性，控制其濕陷性的發生，部分或全部消除它的濕陷性。在明確地基濕陷性黃土層的厚度、濕陷性類型、等級等後，應結合結構物的工程性質、施工條件和材料來源等，採取必要的措施，對地基進行處理，滿足結構物在安全、使用方面的要求。

在黃土地區修築結構物，應首先考慮選用非濕陷性黃土地基，它較經濟、可靠。如確定基礎在濕陷性黃土地基上，應儘量利用非自重濕陷性黃土地基，因為這種地基的處理要求，比自重濕陷性黃土地基低。

橋樑工程中，對較高的墩、台和超靜定結構，應採用剛性擴大基礎、樁基礎或沉井基礎等形式，並將基礎底面設定到非濕陷性土層中；對一般結構的大中橋樑、重要的道路人工構造物，如屬Ⅱ級非自重濕陷性地基或各級自重濕陷性黃土地基，也應將基礎置於非濕陷性黃土層或對全部濕陷性黃土層進行處理並加強結構措施；如屬Ⅰ級非自重濕陷性黃土也應對全部濕陷性黃土層進行處理或加強結構措施。小橋涵及其附屬工程和一般道路人工構造物視地基濕陷程度，可對全部濕陷性土層進行處理，也可消除地基的部分濕陷性或僅採取結構措施。結構措施是指結構形式儘可能採用簡支梁等對不均勻沉降不敏感的結構；加大基礎剛度，使受力較均勻；對長度較大，體形複雜的結構物採用沉降縫將其分為若干獨立單元等。

所謂對全部濕陷性黃土層進行處理，在非自重濕陷性黃土地基，應自基底處理至非濕陷性土層頂面（或壓縮層下限），或者以土層的濕陷起始壓力來控制處理厚度，即對地基持力層內，附加應力σ_h與上層土自重γh 之和，大於該處土的濕陷起始壓力P_hs範圍內土層進行處理，如右圖；對自重濕陷性黃土地基是指全部濕陷性黃土層的厚度。濕陷起始壓力是指濕陷性黃土地基在某一壓力下，浸水後開始出現濕陷（一般指濕陷係數為0.015）時的壓力值，如作用壓力小於濕陷起始壓力P_hs，地基即使受水浸濕也不濕陷。

圖2

消除地基的部分濕陷性主要是處理基礎底面以下適當深度的土層，因為這部分土層的濕陷量一般占總濕陷量的較大一部分，這樣處理後，雖發生少部分濕陷也不致影響結構物的安全和使用。處理厚度視結構物類別，土的濕陷等級、厚度，基底壓力大小而定，一般對非自重濕陷性黃土地基為1~3m，自重濕陷性黃土地基為2~5m。

常用的處理濕陷性黃土地基的方法有、素土樁擠密法、浸水處理等。可根據地基濕陷類型、等級、結構物要求等條件選用。

灰土或素土墊層

將基底以下濕陷性土層全部挖除或挖到預計的深度，然後用灰土（三分石灰七分土）或素土（就地挖出的黏性土）分層夯實回填，墊層厚度及尺寸計算方法同砂礫墊層，壓力擴散角φ對灰土採用30°，對素土採用22°。墊層厚度一般為1.0~3.0m。它消除了墊層範圍內土的濕陷性，減輕或避免了地基因附加應力產生的濕陷，如將地基持力層內σ_h+γh≥P_hs的部分挖除，採用墊層，可以使地基的非自重濕陷消除。它施工簡易，效果顯著，是一種常用的地基淺層濕陷性處理或部分處理的方法。施工時必須保證工程質量，對回填的灰土、素土層，應控制其含水量和最大幹密度，否則達不到預期效果。

重錘夯實及強夯法

重錘夯實法能消除淺層的濕陷性，如用15~40kN的重錘，落高2.5~4.5m，在最優含水量情況下，可消除在1.0~1.5m深度內土層的濕陷性。強夯法根據國內使用記錄，在錘重100~200kN，自由下落高度10~20m，錘擊兩遍，可消除4~6m範圍內土層的濕陷性。

兩種方法均應事先在現場進行夯擊試驗，以確定為達到預期處理效果（一定深度內濕陷性的消除情況）所必需的夯點、錘擊數、夯沉量等，以指導施工，保證質量。

石灰土或二灰擠密樁

用打入樁、沖鑽或爆擴等方法在土中成孔，然後用石灰土或將石灰與粉煤灰混合分層夯填樁孔（少數也有用素土），用擠密的方法破壞黃土地基的鬆散、大孔結構，達到消除或減輕地基的濕陷性。此方法適用於消除5~10m深度內地基土的濕陷性。擠密樁的效果取決於土被擠密的程度，所採用的樁徑、樁距應在現場用試驗確定，要求地基土在擠密範圍邊緣上乾密度應達到16.0kN/m³以上。採用擠密樁處理濕陷性黃土地基時，應在地基表層採取防水措施（如表層夯實等）。

預浸水處理

自重濕陷性黃土地基利用其自重濕陷的特性，可在結構物修築前，先將地基充分浸水，使其在自重作用下發生濕陷，然後再修築。實踐證明這樣可以消除地表下數米以外黃土的自重濕陷性，地表數米以內的土層往往因壓力偏低而仍有濕陷性，須再作處理。此外也應考慮預浸水後，附近地表可能產生開裂、下沉而產生的影響。

除以上的地基處理方法外，對既有橋涵等結構物地基的濕陷也可考慮採用矽化法等加固地基。濕陷性黃土地區的基坑均應以不透水性土夯實回填，結構物基礎附近地面也應夯實整平，以防止地表水的積聚、滲入。