濕陷性黃土地基處理方法

2022-04-20 01:43:31 字數 4271 閱讀 8972

定義:黃土受水浸濕後,在上覆土層自重應力作用下發生溼陷的稱自重濕陷性黃土;若在自重應力作用下不發生溼陷,而需在自重和外荷共同作用下才發生溼陷的稱為非自重濕陷性黃土。

濕陷性黃土是一種十分特殊的土質,俗稱大孔土,主要分布於我國陝甘寧等缺水少雨的乾旱地區。屬砂壤土的範疇,砂壤土的粘土含量為12.50%~25%,壤土的粘土含量為25%~37.

50%,而溼陷性黃土的顆粒組成中粘粒的含量為8%~26%,屬於砂壤土,但其性質與砂壤土又有所不同:①在天然狀態下具有肉眼能看見的大孔隙,孔隙比一般大於1,並常有由於生物作用所形成的管狀孔隙,天然剖面呈豎直節理、顆粒粗,土質乾燥;②顏色在乾燥時呈淡黃色,稍濕時呈黃色,濕潤時呈褐黃色;③土中含有石英、高嶺土成分、含鹽量大於0.30%,有時含有石灰質結核;④吸水及透水性較強,塑性粘聚力差,水易沖刷成溝,不易粘結,土樣浸入水中後,很快崩解,同時有氣泡冒出水面;⑤在乾燥狀態下,有較高的強度和較小的壓縮性,由於土質豎直方向分布的小管道幾乎能保持豎立,邊坡遇水後,土的結構迅速破壞發生顯著的附加下沉,產生嚴重溼陷。

這種土質的基礎處理與其它土質相比,施工難度大,進度慢,程度複雜,耗用時間長,特別是大面積的土質夯填及水利壩體處理。

黃土溼陷的原因常由於管道漏水,地面積水,生產和生活用水等滲入地下,或由於降水量較大,灌溉渠和水庫的洩露或回水使地下水位上公升等原因而引起。但受水浸濕只是溼陷發生所必須的外界條件,而黃土的結構特徵及物質成分溼產生濕陷性的內在原因。

影響因素:

1、乾旱或半乾旱的氣候是黃土形成的必要條件。

2、黃土受水浸濕後,結合水膜增厚進入顆粒之間。

3、黃土中膠結物的多寡和成分,以及顆粒的組成和分布,對黃土的結構特點和溼陷性的增強有著重要的影響。

4、黃土的溼陷性還和孔隙比,含水率以及所受壓力的大小有關。

濕陷性黃土路基處理的基本原則是破壞土的大孔結構,改善土的工程性質,減少土的滲水性、壓縮性,控制其濕陷性的發生,部分或全部消除它的溼陷性。

對於濕陷性黃土地基處理具體方法也很多,但歸納起來其基本思路不外乎以下幾種:

1.全部消除黃土層濕陷性,這對於濕陷性黃土土層厚度在15內時容易達到,其常用方法有墊層法(處理深度1~3 m),強夯法(處理深度3~12 m)、擠密法(處理深度5~15 m)等。

2.部分消除黃土層濕陷性,根據建(構)築物的重要性及分類,限定最小處理厚度,嚴格控制剩餘溼陷量。

3.基礎穿透濕陷性黃土層,傳力於非溼陷性土層或可靠的持力層上,常用方法就是樁基。這種方法被廣泛應用於比較重要的建(構)築物的基礎。

4.充分做好建(構)築物基礎的防水、排水措施,使基礎下濕陷性黃土地基無法浸水,以達到避免地基溼陷的目的。

又叫動力固結法。是利用起重裝置將80~400 kg的重錘起吊到10~40m高處,然後使重錘自由落下,對黃土地基進行強力夯擊,以消除其濕陷性,降低壓縮變形,提高地基強度,但強夯法適用對地下水位以上飽和度sr≤60%的溼陷性黃土地基進行區域性或整片處理,可處理的深度在3~12m。土的天然含水率對強夯法處理至關重要,天然含水量低於10%的土,顆粒間摩擦力大,細土顆粒很難被填充,且表層堅硬,夯擊時表層土容易鬆動,夯擊能量消耗在表層土上,深部土層不易夯實,消除濕陷性黃土的有效深度小,夯填質量達不到設計效果。

當上部荷載通過表層土傳遞到深部土層時,便會由於深部土層壓縮而產生固結沉降,對上部建築物造成破壞。

土(或灰土)墊層是一種淺層處理濕陷性黃土地基的傳統方法,在溼陷性黃土地區使用較廣泛,具有因地制宜,就地取材和施工簡便等特點。實踐證明,經過回填壓實處理的黃土地基濕陷性速率和溼陷量大大減少,一般表土墊層的溼陷量減少為1~3cm,灰土墊層的溼陷量往往小於1cm,墊層法適用於地下水位以上,對溼陷性黃土地基進行區域性或整片處理,可處理的溼陷性黃土層厚度在1~3m,墊層法根據施工方法不同可分為土墊層和灰土墊層,當同時要求提高墊層土的承載力及增強水穩定時,宜採用整片灰土墊層處理。

素土墊層法是將基坑挖出的原土經灑水濕潤後,採用夯實機械分層回填至設計高度的一種方法,它與壓實機械做的功、土的含水率、鋪土厚度、及壓實遍數存在密切關係。壓實機械做的功與填土的密實度並不成正比,當土質含水量一定時,起初土的密實度隨壓實機械所做的功的增大而增加,當土的密實度達到極限時,反而隨著功的增加而破壞土的整體穩定性,形成剪下破壞。在大面積的素土夯填施工中時常遇到,運輸土料的重型機械容易對已夯築完畢的壩體表面形成過度碾壓,造成剪下破壞,同時對含水率過高的地區形成「橡皮泥」現象,從而出現滲漏。

這些都將是影響夯填質量的主要因素。

灰土墊層法是採用消石灰與土的2∶8或3∶7的體積比配合而成,經過篩分拌合,再分層回填,分層夯實的一種方法,要保證夯實的質量必須要嚴格控制好灰土的拌制比例,土料的含水率,這對夯填質量起主要的影響因素。在實際施工過程中,不可能用儀器對每一層土樣進行含水率測定,只能通過「握手成團,落地開花」的直觀測定法來測定,但這種方法對於濕陷性黃土測定範圍過於偏大,經過實驗測定大致在14%~19%,存在測定偏差,且土質濕潤不夠均勻,往往有表層土吸水飽和,下層土乾燥的現象,給施工帶來很大的難度。當處理厚度超過3m時,挖填土方量大,施工期長,施工質量也不易保證,嚴重影響工程質量和工程進度。

所以墊層法同樣存在著施工侷限。

擠密法是利用沉管、爆破、衝擊、夯擴等方法在溼陷性黃土地基中擠密填料孔再用素土、灰土、必要時採用高強度水泥土、分層回填夯實以加固濕陷性黃土地基,提高其強度,減少其濕陷性和壓縮性。擠密法適用於對地下水位以上,飽和度sr≤65%的溼陷性黃土地基進行加固處理,可處理的溼陷性黃土厚度一般為5~15m。但通過實踐證明:

擠密法對土的含水量要求較高(一般要求略低於最優含水率),含水量過高或過低,擠密效果都達不到設計要求,這在施工中很難控制,因為濕陷性黃土的吸水性極強且易達到飽和狀態,在溼陷性黃土進行灑水濕潤時,表層土質飽和後容易形成積水,下部土質卻很難受水接觸而呈乾燥狀態,對於含水量<10%的地基土,特別是在整個處理深度範圍內的含水量普遍偏低的土質中是不易採用的。

樁基礎既是一種基礎形式也可看作是一種地基處理措施,是在地基中有規則的布置灌注樁或鋼筋混凝土樁,以提高地基承載能力。樁根據受力不同可分為端承樁和摩擦樁,這種地基處理方法在工業與民用建築中使用較多,但樁基礎仍然存在淺在的隱患,地基一旦浸水,便會引起溼陷給建築物帶來危害。在自重濕陷性黃土中浸水後,樁周土發生自重溼陷時,將產生土相對樁的向下位移對樁產生乙個向下的作用力即負摩擦力。

而且通過實踐證明,預製樁的側表面雖比灌注樁平滑,但其單位面積上的負摩擦力卻比灌注樁大。這主要是由於預製樁在打樁過程中將樁周土擠密,擠密土在樁周形成一層硬殼,牢固的黏附在樁側表面上,樁周土體發生自重溼陷時不是沿樁身而是沿硬殼層滑移,硬殼層增加了樁的側表面面積,負摩擦力也隨著增加,正是由於這股強大的負摩擦力至使樁基出現沉降,由於負摩擦力的發揮程度不同,導致建築物地質基礎產生嚴重的不均勻沉降,構成基礎的剪下應力,形成剪應力破壞,這也正是導致眾多事故發生的主要因素。

濕陷性黃土地基預浸水法是利用黃土浸水後產生自重溼陷的特性,在施工前進行大面積浸水使土體預先產生自重溼陷,以消除黃土土層的自重濕陷性,它只適用於處理土層厚度大於10m,自重溼陷量計算值不大於500mm的黃土地基,經預浸法處理後,淺層黃土可能仍具外荷溼陷性,需做淺層處理。

預浸水法用水量大、工期長,一般應比正式工程至少提前半年到一年進行,浸水前沿場地四周修土埂或向下挖深50cm,並設定標點以觀測地面及深層土的溼陷變形,浸水期間要加強觀測,浸水初期水位不易過高,待周圍地表出現環形裂縫後再提高水位,濕陷性變形的觀測應到沉陷基本穩定為止。預浸水法用水量大,對於缺水少雨、水資源貧乏地區,不易採用,當土層下部存在隔水層時,預浸時間加大,工期延長,都將是影響工程的因素。

深層攪拌樁是復合地基的一種,近幾年在黃土地區應用比較廣泛,可用於處理含水量較高的溼陷性弱的黃土。它具有施工簡便、快捷、無振動,基本不擠土,低噪音等特點。

深層攪拌樁的固化材料有石灰、水泥等,一般都採用後者作固化材料。其加固機理是將水泥摻入粘土後,與粘土中的水分發生水解和水化反應,進而與具有一定活性的粘土顆粒反應生成不溶於水的穩定的結晶化合物,這些新生成的化合物在水中或空氣中發生凝硬反應,使水泥有一定的強度,從而使地基土達到承載的要求。

深層攪拌樁的施工方法有乾法施工和濕法施工兩種,乾法施工就是「粉噴樁」,其工藝是用壓縮空氣將固化材料通過深層攪拌機械噴入土中並攪拌而成。因為輸入的是水泥乾粉,因此必然對土的天然含水量有一定的要求,如果土的含水量較低時,很容易出現樁體中心固化不充分、強度低的現象,嚴重的甚至根本沒有強度。在某些含水量較高的土層中也會出現類似的情況。

因此,應用粉噴樁的土層中含水量應超過30%,在飽和土層或地下水位以下的土層中應用更好。對於土的天然含水量過高或過低時都不允許採用。

濕陷性黃土地基處理的方法很多,在不同的地區,應根據不同的地基土質和不同的結構物,對地基處理選用不同的處理方法。在勘察階段,經過現場取樣,以試驗資料進行分析,判定屬於自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土,以及濕陷性黃土層的厚度、溼陷等級、類別等重要地質引數,通過經濟分析比較,綜合考慮工藝環境、工期等諸多方面的因素。最後選擇乙個最合適的地基處理方法,經過優化設計後,確保滿足處理後的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。

而不能一味的追求經濟利益,對工程質量視而不見,終將導致無可挽回的後果。

濕陷性黃土地基處理方法

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