湿陷性黄土地基变形与处理方法研究

湿陷性黄土地基变形与处理方法研究

摘要：为了最大程度的降低黄土湿陷性为工程建设带来的不良影响，本文从力学分析的角度阐明了黄土湿陷的机理，研究了湿陷性黄土地区建筑物地基不均匀沉降的原因，介绍了常用的处理湿陷性黄土地基的处理方法，大厚度自重湿陷性黄土地基处理方法及新型的处理方法。

关键词：湿陷性黄土，湿陷机理，湿陷原因，处理措施

Abstract:To reduce ill effects of engineering construction on collapsible loess, thisarticle from the Angle of mechanics analysis, interpreted fallswet the mechanism, studied the reason of foundation uneven settlement in thecollapsible loess region, introduced the commonly used treatment of collapsibleloess foundation treatment methods, collapse settlement of collapse loess withlarge thickness, and new processing methods.

Key words: collapsibleloess, falls wet the mechanism, falls wet reasons, treatment measures

我国黄土面积分布广泛，在湿陷性黄土地区，首要的任务就是消除地基的湿陷性。湿陷性黄土是指，其孔隙率比较大，以粉土颗粒为主，在天热低湿度下有明显的高强调节和低压缩性，随着含水率的增加其承载能力会大幅度降低，在一定的压力条件和水的侵润作用下土结构迅速破坏，且产生湿陷性下沉。不均匀下沉会导致建筑物结构墙体开裂，甚至导致建筑物倾斜及倒塌；湿陷性黄土如果在道路地段，路基会不均匀沉降引起路面凸凹不平，影响行车安全。本文对黄土湿陷产生不均匀沉降的原因及机理进行了分析，详细阐述了地基处理方法。

1 黄土的湿陷机理

黄土产生湿陷的机理有很多不同的观点，例如溶盐、毛管、胶体不足、结构假说、压密理论和水膜楔入等，这些理论尚无法解释黄土湿陷性的所有现象，其是一个复杂的物理、化学变化过程。黄土湿陷性受很多因素的制约，从力学性能分析来讲，湿陷性黄土突出表现在三个方面：结构性、欠压密性和湿陷性，结构性即指黄土的颗粒份、排列方式、空隙特征及胶结物特性等对黄土工程性质的影响。由微观分析可知，黄土主要是由单个粉粒和胶结细微碎屑组成的集粒，另外还有少数片状及棒状颗粒通过颗粒与颗粒之间的点接触，但是少数是由胶结方式接触。它的单元形态确定了力的传递性能和土的变形性质，连接方式确定了土的结构强度，排列方式决定了土的稳定性。因此，集粒特性，单粒点接触、大空隙性决定了黄土的湿陷性大。

2 湿陷性黄土地区建筑物地基不均匀沉降的原因分析

根据湿陷性黄土的性质，产生湿陷的机理，影响不均匀沉降的影响因素等可以把湿陷性黄土地区建筑物地基不均匀沉降的原因总结为以下几个方面。

（1）勘察阶段。勘察阶段在整个建设过程中是非常重要的环节，湿陷性黄土的特殊工程性质，如果勘察阶段为了降低费用而盲目估计黄土地层的成因及年代等，没有明确地勘察湿陷性黄土的厚度、湿陷系数、地下水情况、地基承载力及周边建筑物状况等。都将为下一步的设计阶段带来无尽后患，施工阶也将丢失可靠依据，工程安全无法得以保证。

（2）设计阶段。设计时应依据前期详细勘察的资料及业主提供的准确资料，按照相应规范进行设计。设计单位应对湿陷性黄土地基的处理方案作出恰当的方案，如果设计方案不当，未严格按照黄土规范要求部分或者全部消除湿陷量，基础型式设计欠妥，例如采用桩基础设计时未穿透全部的湿陷性土层，水沟、水池与建筑物之间未采取必要的防护距离。屋面排水系统设计不当，一遇暴雨时雨水直接冲刷在黄土上造成湿陷。

（3）施工阶段。如果地基处理质量不符合要求且压实度也未达到规范规定值，填土质量欠佳，黄土浸水后将产生下沉。施工单位应对填土的压实机具、压实速度、压实遍数、压实厚度和土块大小，土的含水率等严加把关。

（4）使用阶段。使用阶段产生的问题建设方应该引起高度注意，重视维修保养服务，例如管道漏水未及时修补，消防管道破裂不及时更换，造成无法挽救的损失。地基周围长期处于泡水状态，不及时引流等采取措施，造成地基不均匀沉降，墙面裂缝等。

3 湿陷性黄土地基的处理方法

在进行湿陷性黄土地基处理之前，首先需要对黄土的湿陷性进行评级，根据湿陷系数判断湿陷性黄土的湿陷程度；其次是对自重湿陷量进行实测判定黄土场地的湿陷类型；再次，根据《湿陷性黄土地区建筑规定》判定湿陷等级，见表1所示。在黄土地区修建建筑物，按经济角度分析，首先选用非湿陷性黄土地基，如果确定基础位于湿陷性黄土上，应尽量利用非自重湿陷性黄土地基，这种地基技术要求相对低一些。

表1 湿陷性黄土地基湿陷等级

湿陷类型		非自重湿陷性场地	自重湿陷性场地
计算自重湿陷量△zs/mm		△zs＜70	70＜△zs≤350	△zs＞350
总湿陷量△s/mm	△s＜300	Ⅰ（轻微）	Ⅱ（中等）	-
	300＜△s≤600	Ⅱ（中等）	Ⅱ（中等）或Ⅲ（严重）	Ⅲ（严重）
	△s＞600	-	Ⅲ（严重）	Ⅳ（很严重）

3.1 垫层法

此方法适用于地下水位以上，小面积的处理，土层厚度为1-3m。施工时应先将基底以下的湿陷性黄土挖出，并利用基坑内的黄土或其他粘性土、灰土等混合均匀回填（以消除垫层范围的湿陷性且减轻地基附加应力产生的下沉，避免地基的自重湿陷性显现），然后采用夯实设备分层压实，直至达到规范要求的压实度。该种方法施工工艺简单易行，效果明显，属于常用地基浅层处理方法。

3.2 强夯法

此方法称为固结法，适用于地下水位以上且饱和度≤60%的湿陷性黄土，可处理的土层厚度为3-12m，通过重锤自由下落对土体进行夯实，以提高土体强度且降低其压缩性。该方法施工设备简易、投资省、适用广泛，原理直观，特别对非饱和土加固效果明显。但是强夯法处理黄土地基的突出问题是，地基不能防水，必须采取防水和排水相结合的工程措施，故也限制了其使用。

3.3 挤密法

该方法适用于地下水位以上，饱和度≤65%的湿陷性黄土，处理的土层厚度在5-15m，它是通过沉管、冲击、夯实、爆破等方法成孔，然后采用填料分层回填夯实的一种地基处理方法。该方法施工简单，经济和效果较明显的方法。另外，挤密桩对调节地基的不均匀沉降和提高防水抗渗性效果显著，与强夯法相结合，可处理地基深度达30m左右。

3.4 大厚度自重湿陷性黄土地基处理方法

前边几种常用的几种湿陷性黄土地基处理方法对地基处理深度有限，随着工程建设项目面临土地资源紧张，不得不建造在大厚度湿陷性黄土地层上，因此，对地基处理的深度和难度大大增加，一般需要采用桩基穿透湿陷性黄土层，传力于非湿陷性土层或可靠的持力层上。

孔内夯实挤密法是在挤密桩的基础上发展起来的，它是先用长螺旋桩机钻孔、人工挖孔或沉管打桩机成孔，向孔内填入素土、灰土等填料分层夯实，使得填料向孔周侧向挤出，形成一种具有能量高、超挤密、超压强的作用机制的挤密的复合地基。

3.5 化学加固法高分子材料SH固化黄土

（1）化学加固法

该方法是将氯化钙、硅酸钠、氢氧化钠、铬木素纸浆废液、丙烯酰胺和水泥浆等注入黄土，依靠溶液的本身反应或者与土中化学成分产生反应，产生凝胶将松散的颗粒胶结为整体来提高黄土的强度，降低透水性，消除湿陷性，效果较好，但是化学成分成本高，一般在特殊的工程中应用。在建筑工程中多采用水玻璃。

（2）高分子材料SH固化黄土

SH是以较低成本自行制备的新型高分析环境工程材料组成，主要有来源于化工废料，成品是透明无色的水溶液。可以在常温下固化，具备良好的物理力学性能。经试验验证SH液体固化剂固化黄土的强度较高，随着SH掺量增加强度增加；其水稳定性和抗冻性能优越，是一种新型的有发展前途的黄土固化材料。

3.6 夯击固化新方法

由于强夯法处理过的地基抗水性、抗震性及动力特性均较差，必须同时采用防排水结合的工程措施。高分子材料固化的突出效果是黄土具有抗水性，如果将深层湿陷性黄土强夯处理，表层喷洒高分子材料搅拌再夯实，将这两种方法结合，既消除了黄土的湿陷性、抗震性及液化势，还提高了地基处理效果，成本比全部采用高分子材料低。因此夯击固化法是强夯法与高分子材料相结合以发挥两者综合作用的设计理念。

4 结语

（1）从力学角度分析，黄土的湿陷性由其结构性和受力状态所决定，黄土颗粒之间固粘聚力的消失或减小对其产生重大影响。

（2）湿陷性黄土是工程界普遍关注的问题，一定在弄清黄土湿陷机理的前提下，分析内外部综合影响下，结合实际制定具体有效的措施，最大程度降低黄土湿陷和变形引起的不良影响。

（3）黄土地区的建设场地和规模的自重湿陷性土层厚越来越大，但是实际经验不丰富、理论研究也尚不完善，标准难以透彻把握。

（4）强夯固化法是一种有应用前景的新型湿陷性黄土地基处理方法但是需在理论方法上加以系统研究，反复试验分析，形成一套系统的在理论和实际应用中大量推广的技术。

参考文献

[1] 《湿陷性黄体地区建筑规范》（GB0025-2004）[s]，中国建筑工业出版社。

[2] 秦晓栋，薛维俊.湿陷性黄土地基湿陷性机理、湿陷性评价及地基处理方法[J].内蒙古石油化工,2009,(2)：38-40.

[3] 王银梅,杨重存等.新型高分子材料SH加固黄土强度及机理探讨[J] .岩石力学与工程学报, 2005 ,24(14):2554-2559 .