大厚度湿陷性黄土岩土工程勘察与地基处理方法探究

陈世盛 彭阿丽

山西冶金岩土工程勘察有限公司 山西 太原 030002

引言

大厚湿陷性黄土作为非饱和欠压密土遇水湿后易发生湿陷变形现象，这类变形常给各种建筑物带来严重的危害，严重地影响了建筑安全和正常使用。为最大限度地消除湿陷性黄土在较大厚度情况下可能造成的危害，文章重点对湿陷性黄土岩土工程勘察及地基处理方法进行了具体的研究。

1 大厚度湿陷性黄土岩土工程的勘察重点

1.1 勘探深度的控制

进行大厚度湿陷性黄土岩土工程勘察过程当中必须要合理的控制勘察深度，这也是保证整体工程勘察质量的重点内容。比如，在进行山西地区的黄土岩土工程勘察过程中，就需要保证勘察厚度在5～22m之间。为了能够进一步保障勘察的效率，勘察人员还需要对探井数量进行合理的安排。确保探井的深度能够穿透湿陷性黄土层，才能够使探查的结果符合项目施工要求对[1]。

1.2 湿陷性试验和评估

《湿陷性黄土地区建筑标准》（GB 50025-2018）对于大厚度湿陷性黄土的测试和评估进行了进一步的要求。一般湿陷性试验宜用单线法进行，在天然湿度范围内分级加荷、加到不同压力沉陷稳定后方可浸水进行，可获得较真实的结果。需要注意的是：如果都用单线法进行测试有一定难度，勘察人员可以同时采用双线法和单线法结合的方式进行测试，从这个角度可以通过比较确保湿陷性测试的科学性。但在对大厚度湿陷性黄土进行湿陷性评价时，勘察人员需要着重考虑湿陷程度的分区，地基浸水概率对其影响必须列入考虑范围，从而与不打浸水孔的自然浸水实验数据相结合，引入浸水概率系数可以确保湿陷性评价更具有科学性。

1.3 工程地质测绘

只有严格管理工程地质的具体测绘质量，才能够进一步确保大厚度湿陷性黄土工程的勘测效果，除了按照普通湿陷性现场进行测绘工作之外，还需要勘察人员进行测绘工作，还要研究地形变化历史，对黄土填方场地控制准则，填筑方式和填方时间等问题也须着重考虑。另外，勘察人员还要对地下水位的季节性变化范围，埋深，升降趋势以及与灌溉情况，地表水体之间的关系等进行勘察，对地表水下渗及侧向浸水的程度及可能性进行评价时还要有所侧重[2]。

2 工程概况

2.1 工程信息

拟建项目位于山西省晋中市榆次区城东北，拟选址长约400m，宽约350m；拟建建筑为三幢一层厂房，厂房高度20.0m。拟建场地地貌单元主要分布在晋中盆地的东北部地区，次级地貌单元属于黄土丘陵；拟建的1#厂房现场比较平整，最大高差2.41m；2#和3#工厂现场地形起伏大，最大高差6.76m。通过对区域地质资料及工程地质调查研究，拟建场地为自重湿陷性黄土场地、湿陷等级高、最大湿陷深度达20m以上。因此确定现场湿陷性黄土埋深及湿陷等级为此次调查的关键。

2.2 地基处理方案设计

地基处理方案设计对于地基的整体处理效果有着非常重要的影响，因此必须要采取合适的方式进行科学仔细的设计，从而有效的保证设计的质量和设计的效率。1#在进行地基处理时使用灰土挤密桩并合理的确定其整体的使用参数。通过在孔内进行3∶7的灰土材料的填充保证，分层回填的夯实度，从而有效的保障其整体的处理效果在设计过程当中必须保证桩间土的平均挤密系数大于0.93，最小的挤密系数要高于0.88。2#和3#一个厂房处理使用强夯法并进行三遍点夯，最后再使用3000kN·m的满夯进行最后施工。在施工过程中必须要保证每次点夯所造成的沉降量大于100mm。只有这样才能够保证整体的地基处理效果，使后续的建设更加顺利，安全。

3 大厚度湿陷性黄土地基的处理

3.1 垫层法

在进行地下水位以上的湿陷性黄土地基处理过程当中，最常用的方法就是垫层法[3]。采用垫层法其实质就是把湿陷性黄土和其他一些土都挖掉，换填一些具有较高强度，较高密度和良好水稳定性的较厚粒径的物质，例如素土、灰土、水泥土和粉煤灰等、沙砾土这种无侵蚀性、性质稳定的物质都能很好地为采用垫层法处理湿陷性黄土地基服务，而不同物质所具有的不同适用范围还需着重考虑，例如粉煤灰垫层就比较适合机场、厂房或者是堆场。但是必须要合理的控制粉煤灰的强度。如果发现垫层低于地下水位，那就必须要将粉煤灰的强度进一步降低。

3.2 强夯法

如果在地基以下仍然存在3～12m的湿陷性土层，那么就可以使用强夯法，通过应用这一方法能够使湿陷性黄土的部分或者是全部都得到很好的处理，通过应用这一方法能够有效提高实现性黄土的结构，保证其密实度、压缩性等性能，符合工程项目的使用需求。但是同时湿陷性黄土本身的渗透性和强度都会对强夯法运用效果产生直接的影响；夯点的布置，夯击遍数，单点夯击能，单位面积夯击能的大小，对湿陷性黄土地基的处理质量也同样具有直接的影响。但是需要注意的是，采用强夯法处理湿陷性黄土地基在施工中会出现噪音和振动过大等缺点，这样就会使周边建筑物和环境极易遭受到比较消极的后果，因此需要注意有关防护措施的运用[4]。

3.3 挤密法

挤土成孔法与取土成孔法是当前挤密法的两种分支。这两种方法的主要区别是在于工艺方面。在成孔时使用挤土成孔法可以保证挤密效果，但是在成桩的时候，则需要使用到取土成孔法来保证挤密作用。在回填过程中受到不同方法的影响，需要使用到的材料也有所不同。因此根据材料使用的不同情况，挤密法又可分为素土挤密法和灰土挤密法，湿陷性黄土地基的原始含水量以及自身的干密度往往对于挤密法的应用效果有着非常重要的影响，所以必须要根据湿陷性黄土的具体数据来确定挤密法的布孔形式以及桩间距，在目前国内的挤密法应用过程中，应用最多的还是灰土挤密法。通过应用这一方法，可以有效改善湿陷性黄土的稳定性和牢固性，从而为后续的施工建设提供安全保障。

3.4 地基处理

3.4.1 对待的理念。结合地质勘察工作，建设单位确定在挤密法中孔内深层强夯挤密法进行大厚度湿陷性黄土地基处理，该处理通常需要与柱锤冲击成孔法和步履式长旋钻排土成孔法等方法相配合。施工单位在地基处理中选用其中步履式长螺旋钻进排土成孔法，采用分层填料（灰土）、用高动能橄榄锤（特制重力夯锤）在孔内进行强夯操作，从而可达到处理大厚度湿陷性黄土地基。但与前面所述灰土挤密法和夯扩法相比，孔内深层强夯挤密法通常在同等落距和夯锤重的情况下单位面积夯击能量更大，多因其桩锤直径小，使孔内深层强夯挤密法比强夯法有明显的优点。实际上挤密法孔内深层强夯挤密法自身就属于灰土桩，重锤夯实和强力夯实处理方法融合体，采用深层动力夯、砸和压密等方法对下层填料进行处理，同时采用动力夯、砸、劈裂和强制侧向挤密等方法对其进行夯实，从而很好地保证了大厚湿陷性黄土基础处理的质量。

3.4.2 处理过程中。在运用孔内深层强夯挤密法处理大厚度湿陷性黄土地基时，该处理过程可以归纳为以下几个步骤：用经纬仪测放控制点和桩位，用机械洛阳铲掏土形成孔，用灰土拌和机筛分、拌和灰土，人工填筑。其中经纬仪的使用可以建立现场相对坐标和高程控制系统以确保桩位的合理布置，机械洛阳铲技术的使用可以使成孔垂直度偏差保持在1.5%以内，每遍填料的虚方量在0.13～0.15m3之间。

3.4.3 处理效果好。为了清楚地了解本项目对大厚度湿陷性黄土地基的处理作用，本项目对桩身夯填质量、微观结构和渗透性等进行了具体测试。如果在测量后发现自重湿陷系数都在0.15以下，挤密系数均值不低于0.93，由此可以证明桩间土挤密作用突出，地基的湿陷性得到了彻底的消除。另外，桩身土压实系数大于或等于0.97，平均300kPa复合地基承载力特征值和0.029m/d处理地基渗透系数，还可论证大厚度湿陷性黄土基处理效果之优、孔内深层强夯挤密法应用之价值是显而易见的[5]。

4 地基处理的效果比较

4.1 灰土挤密桩处理地基的试验

在1#厂房现场灰土挤密桩的基础上，通过单桩复合地基静载荷试验，测试单桩复合地基承载力特征值能否达到设计要求；为了能够进一步测量灰土挤密桩地基湿陷性的去除效果以及桩间土挤密桩的具体技术效果。还需要使用人工探井技术进行取土室内测试。经测试灰土挤密桩单桩复合地基承载力特征值为150kPa；探井探测深度处桩间距0.9m与桩间距1.0m区湿陷系数低于0.015，且处理深度处湿陷性完全消除；桩间距在检测深度内平均挤密系数至少为0.93，最小值为0.88；检测深度范围内桩体的平均压实系数不小于0.97，最小压实系数不小于0.93。

4.2 对强夯后的地基处理进行检测

在2#，3#厂房现场强夯后通过静载荷试验判断地基承载力特征值达到设计要求；利用人工探井取土进行了室内实验，对地基处理地基土干密度，压缩系数，密实度和湿陷性等进行了分析研究。经测试强夯处理的地基承载力特征值为180kPa；2#厂房场地及3#厂房场地西北角夯终面下9.5m湿陷性均被消除，表明8000kN·m能级有效加固深度为9.5m；3#厂房场地西北角外局部地段夯综面下4m范围内湿陷性系数在0.015～0.037之间，湿陷性不能完全消除。

5 检测结论分析

后经过调查分析发现，3#厂房西北隅外的地块之前是苹果树、桃树林，地块第一层黄土平均含水量8.3%，和其他地区的平均含水量相比较低。勘察报告当中并没有进行详细的分区说明，这就导致无法有针对性地进行地基处理。后经现场土体增湿，采用二次强夯。经测试，在测试范围内湿陷性完全消失。1#厂房场地，2#厂房场地，3#厂房场地西北角地基承载力及处理后湿陷性符合设计要求。表明在湿陷性黄土地区，强夯法与灰土挤密桩仍然是提高承载力、处理湿陷性效果最好、应用最为广泛的地基处理方案。

6 结束语

该场地是典型的大厚度湿陷性黄土场地之一，湿陷性黄土层厚、地基湿陷等高、最大总湿陷量达1300mm，需处理湿陷性深。本勘察方案布设之前，勘察技术人员通过多次区域地质调查及搜集有关资料，初步查明场地湿陷性黄土厚度及湿陷级别，对探井数量及探井深度进行针对性布置，避免探井数量及深度不足，导致湿陷深度及湿陷等级没有被判别出来；还可避免探井过深而浪费人力及提高勘察成本。此外，对特殊性场地，应按工程地质条件划分区域，岩土工程分析评价应分区阐述，使地基处理方案更具针对性。总而言之，在进行工程建设过程当中，采用合理的方式。进行大厚度实现性黄土地区的岩土勘察和地基处理。对于工程建设质量有着非常重要的影响。本文对大厚度湿陷性黄土的处理思路进行了进一步的研究，分析了强夯法、挤密法等一系列的处理方法，并探讨了其处理效果。为了保证大厚度湿陷性黄土地基的处理质量，就必须着重分析湿陷性黄土的具体变形机理、黄土微细观以及大厚度湿陷复合地基动力等方面进行分析研究。