一、研究背景
隨著現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展,樁的應(yīng)用規(guī)模在不斷擴(kuò)大,樁型及樁的施工工藝也在不斷推陳出新、千變?nèi)f化，量變的結(jié)果導(dǎo)致了質(zhì)變，無論是在樁基的有關(guān)理論概念上抑或是樁的效用上都產(chǎn)生了許多實(shí)質(zhì)性的變化，樁的應(yīng)用及成樁工藝比過去更為多樣化和復(fù)雜化。
盡管樁基設(shè)計及施工在世界范圍內(nèi)發(fā)展迅速，然而由于現(xiàn)在對樁的承載能力要求的不斷提高，隨之也出現(xiàn)了一些問題，比如較為嚴(yán)重的黃土濕陷，橋梁設(shè)計規(guī)范中一直沒有明確的設(shè)計要求，而我國現(xiàn)在正在進(jìn)行西部大開發(fā)，因此濕陷性黃土地區(qū)樁基的設(shè)計問題成為迫切需要解決的問題。
所謂的濕陷性是指黃土在自然狀態(tài)下受到地表水的侵蝕，黃土中的易溶鹽類（如碳酸鹽等）溶解，顆粒間的膠合作用力遭到破壞，土粒在水中懸浮。再次沉積過程中，土粒碰上已沉積的土粒時，由于它們之間的相互引力大于其重力，土粒就停留在最初的位置上不再下沉，形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)為水的進(jìn)一步侵蝕創(chuàng)造了條件，使空隙之間連通、擴(kuò)展，形成大孔隙、陷穴。在外荷載作用下，土體結(jié)構(gòu)遭到破壞，發(fā)生大量而劇烈的變形，強(qiáng)度也隨之降低。
濕陷性黃土不僅具有濕陷性，而且有直立性、膨縮性、崩解性、難壓實(shí)、受含水量影響比較大等特點(diǎn)。在天然含水量狀態(tài)下，濕陷性黃土具有較高的強(qiáng)度和較小的壓縮性，能支撐垂直邊，天然陡壁多呈近90°的邊坡，即具有直立性。膨縮性是指濕陷性黃土遇水膨脹,干燥后收縮,多次反復(fù)形成裂紋并剝落,影響路基穩(wěn)定。所謂崩解性指濕陷性黃土浸入水中,很快就會崩解,進(jìn)而影響路基強(qiáng)度和穩(wěn)定。由于濕陷性黃土最大干密度、最佳含水量較高，較難達(dá)到規(guī)范要求的碾壓密實(shí)條件。濕陷性黃土對含水量影響相當(dāng)敏感，含水量小，則容易揚(yáng)塵。含水量大于最佳含水量，則容易翻漿，適宜壓實(shí)的含水量為最佳含水量的+0.5%～-2%。
黃土濕陷又分在自重壓力下發(fā)生的自重濕陷和在外荷載作用下發(fā)生的非自重濕陷。非自重濕陷比較普遍,對工程建筑的重要性也較大。黃土是否具有濕陷性,應(yīng)按室內(nèi)壓縮試驗(yàn)判定,即在一定壓力下測定其濕陷系數(shù)δＳ,當(dāng)δＳ≥0.015時,認(rèn)為該黃土為濕陷性黃土;當(dāng)δＳ<0.015時,則為非濕陷性黃土。對濕陷性黃土,根據(jù)基底下各土層累計的總濕陷量和計算自重濕陷量的大小等因素,又分為Ｉ級(輕微)、Ⅱ級(中等)、Ⅲ級(嚴(yán)重)和Ⅳ級(很嚴(yán)重)。濕陷等級愈高,對結(jié)構(gòu)的負(fù)面影響愈大。天然條件下,黃土被浸濕有兩種情況,一是地表水下滲,另一是地下水位升高,一般前者引起的濕陷性要強(qiáng)些。黃土濕陷量的大小與黃土的地質(zhì)年代、成因、礦物(包括粘土礦物)成分、粘度結(jié)構(gòu)、受水浸濕程度、濕陷性黃土厚度有關(guān)。通常,黃土的天然含水量愈小,所含可溶鹽特別是易溶鹽愈多,孔隙比愈大,干容重愈小,則濕陷性愈強(qiáng)。
我國是世界上黃土分布面積最大的國家,在黃土地區(qū)修筑鐵路、公路或進(jìn)行其它工程建筑,經(jīng)常會遇到黃土的濕陷性問題,建筑在濕陷性黃土地基上的橋涵,尤其是部分小橋涵,由于種種原因?qū)е禄走M(jìn)水,觸發(fā)了黃土濕陷,從而導(dǎo)致橋涵不均勻沉陷以致結(jié)構(gòu)破壞是屢見不鮮的。因此,必須查清建筑地區(qū)黃土是否具有濕陷性及濕陷性的強(qiáng)弱,以便有針對性地采取相應(yīng)措施。
我國黃土分布面積約64萬kｍ2,廣泛分布于西北、華北、山東、內(nèi)蒙及東北等地區(qū),主要分布于黃河中游的陜、甘、青及山西、河南等地,這些地區(qū)黃土分布面積廣,厚度大,地層發(fā)育全面而連續(xù),有黃土高原之稱。各地區(qū)黃土厚度不同,以黃土高原厚度最大,陜甘地區(qū)黃土厚達(dá)100～200ｍ,其它地區(qū)黃土厚度一般從幾米到數(shù)十米,很少超過30ｍ。并非所有黃土都具有濕陷性,我國濕陷性黃土一般分布在中更新世(Ｑ2)上部、晚更新世(Ｑ3)及全新世(Ｑ4)等地層中。一般老黃土(午城黃土及離石黃土大部)無濕陷性,而新黃土(馬蘭黃土及新近堆積黃土)及離石黃土上部有濕陷性。因此,濕陷性黃土多位于地表以下數(shù)米至十余米,很少超過20ｍ厚,在這一帶地區(qū)及土層中修建工程建筑物,就應(yīng)充分考慮濕陷性的影響，尤其是濕陷性黃土作為橋涵建筑物地基,嚴(yán)重影響工程建筑物的正常使用和安全,能使建筑物開裂甚至破壞。
