湿陷性黄土地区岩土工程勘察和地基处理措施探讨

发表时间:2020/9/8   来源:《城镇建设》2020年4月第12期   作者:张俊
[导读] 在岩土工程勘察的过程中,经常会遇到湿陷性黄土地质
        摘要:在岩土工程勘察的过程中,经常会遇到湿陷性黄土地质,湿陷性黄土虽然具备土体原始单元结构形式不被破坏的能力,然而在遇水后期结构会遭到破坏,其强度降低表现出软化和湿陷等特征。为保证建筑物的安全性,需对湿陷性黄土进行勘察,为建筑打好扎实的地基,减少安全事故发生的频率。对此,本文探讨相关问题并提出了处理措施,仅供参考。
        关键词:湿陷性黄土;岩土工程勘察;防水措施
        引言
        湿陷性黄土广泛分布于山西、陕西、甘肃大部分地区。湿陷性黄土在天然湿度下,压缩性较低,强度较高,但遇水浸湿时土体强度显著降低,在附加压力或在附加压力与土的自重压力下引起的湿陷变形,是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形,对建筑物危害性大。对于建造在湿陷性黄土场地上的高层建筑,可用的地基处理措施为采用强夯法、挤密法全部或部分消除湿陷量,或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层。强夯法在市区因震动大使用受限制,灰土挤密桩结合CFG桩的二元桩复合地基已在湿陷性场地高层建筑地基湿陷性处理中得到广泛应用,桩基础因造价较高并未在湿陷场地大量应用,随着大中城市环保要求越来越严,抑制扬尘污染,土方工程进度受限严重,已不能满足当前工程项目正常周转的要求,少污染、工期短、质量容易控制的桩基础就成为部分项目湿陷性地基基础的更优选项。
        1湿陷性黄土的特征
        我国是世界上黄土分布最广、厚度最大的国家,黄土主要分布于西北地区的黄土高原、大华北平原及东北的南部部分地区。黄土主要由流水冲刷、搬运后再堆积或风力搬运而成。黄土地区的土壤在外在压力的作用下,其内部的水份受到挤压导致结构发生一系列改变从而形成特殊的土体结构,这就是湿陷性黄土的由来。所以沉降性是该土体最显著的特征,自重湿陷性黄土的沉降最为明显。
        2黄土地基的湿陷性对工程建设的影响
        黄土浸水会产生湿陷变形,由于变形量大、变形速度快、变形极不均匀等特点,会使基础产生大面积不均匀沉降的现象,导致湿陷性土层上承载的烟囱、塔台、信号塔、水塔等高耸建筑物严重倾斜,建筑物的墙面开裂,桩、柱、梁、杆等承重结构破坏,严重者会直接导致建筑物发生突然性垮塌,造成无法修复的毁坏以及人员伤亡。以下列举几个有关黄土地基的湿陷性对工程建设的典型影响:(1)对桥梁的影响。黄土场地中修建的桥梁,其基础多采用桩基,桩周黄土浸水会产生湿陷变形,桩的顶部受荷载后,湿陷变形会加剧,当湿陷变形沉降量大于桩基受上部荷载产生的沉降量时,桩周土层相对于桩侧向下位移,土对桩产生向下的负摩阻力,负摩阻力的方向与桩基对上部建筑的支撑方向相反,不但不能提供承载力,反而还会削弱承载力。当桥梁上的荷载较大时,桩基底部有可能发生相对滑移导致失稳,进而影响桥梁的安全性和实用性。(2)对房屋的影响。在房屋建造前,先得打好地基,在黄土场地中,地基即是黄土及可能夹杂的岩块。在上部荷载和地表水、地下水的共同作用下,地基会产生湿陷变形,随时间增长,会导致基础发生大面积不均匀沉降,使得柱、梁等承重结构因受力不均匀而发生不同程度的变形破坏,最终导致房屋墙面开裂、整体倾斜,甚至倒塌。(3)对高铁、地铁建设工程的影响。对于高铁而言,它的跨度长、运行速度快,如果铁轨下的黄土地基湿陷性严重,会使得铁轨两侧高度不一,影响高铁的正常运输,还可能导致安全事故的发生。

对于地铁而言,它往往被建设于地下,有一定的深度,可能会穿过湿陷性黄土层,如果建设时,施工方没能对湿陷性黄土做有效处理,可能会出现隧道塌方,地基也可能会因为黄土的湿陷变形而形成形态、大小不一的凹陷,威胁着地铁的正常运行。
3地基的处理方法
3.1换填垫层法
        换填垫层法是将湿陷性土层挖除,回填素土或灰土,分层夯实,从而对湿陷性的黄土地基进行加固。换填时,可分为局部垫层和整片垫层处理。此方法适用于地下水位以上的地基处理。在地基加固之前,要充分考虑石灰土效果的衰减因素,确定最佳的掺灰比例,通常可以将石灰的比例限定在6%左右,从而完成石灰土的合理配置。在完成换填石灰土的工作之后,湿陷性黄土的地基强度会显著提升。这种加固方法需要开挖的土方量相对较大,且施工作业时间较长,可能会对环境造成一定的影响。
3.2强夯法
        该法适用于饱和度≦60%的黄土地基,可处理基础下3~9m的湿陷性土层。主要是利用强夯机的重锤从高处自由下落产生的巨大重力势能对黄土地基进行动力夯击,使地基达到密实效果。该法操作简单、方便、经济成本较低且对地基的压实效果明显。如文献《强夯法在高速公路路基中的应用》所述,针对某高速公路,基于地基主要是湿陷性黄土,固结性较差、承载能力低的特点,作者选取试验段,采用了强夯法处理地基,最终经检验评估证明,压实效果良好,路用性能优良。
3.3预浸水法
自重湿陷性黄土地基利用其自重湿陷特征,可在建筑物修筑之前,将地基进行浸水处理,使其在自重作用下发生湿陷沉降,然后再进行建筑物修筑。预浸水法可用于处理湿陷性土层厚度大于10m,自重湿陷量大于50cm的场地。预浸水法处理的地基,地表6m以内的土层往往由于压力偏低而仍具备湿陷性,需要进一步处理,可采用垫层等方法处理。
3.4DDC桩挤密法
        该法适用于挤密5~40米深的黄土地基,可处理各类不良地基,是近年来兴起的一项新技术。先通过钻机成孔,将填料注入孔内,然后结合强夯法,夯实土层,使得填料与周围土层挤密压缩而形成柱体,从而提高地基的承载力,消除地基的湿陷性。该法十分经济、应用范围广、效果显著。如文献《采用DDC桩处理湿陷性黄土地基》所述,作者单位利用建筑垃圾作为填料制成DDC桩来处理西安某住宅小区的黄土地基,实践证明,利用DDC桩来挤密地基,明显提高了地基的承载力、消除了地基的湿陷性。
结语
        综上所述,湿陷性黄土地区具有土质较均匀、结构疏松的特点,在受水浸湿后其结构会迅速破坏从而产生沉降。在湿陷性黄土地区建设前应当进行勘察,分析土体成分及结构,避免建筑投入使用期间产生明显的不均匀沉降。勘测人员应当掌握湿陷性黄土区岩土工程勘察要点,对采样土体进行准确性数据分析,提高岩土工程勘察的质量,为制定湿陷性黄土地区的处理措施提供可靠依据。
参考文献
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