濕陷性黃土地基下沉有什么好的處理方法

一、墊層法

  墊層法是先將基礎(chǔ)下的濕陷性黃土一部分或全部挖除,然后用素土或灰土分層夯實(shí)做成墊層,以便消除地基的部分或全部濕陷量,并可減小地基的壓縮變形,提高地基承載力,可將其分為局部墊層和整片墊層。當(dāng)僅要求消除基底下1~3m濕陷性黃土的濕陷量時(shí),宜采用局部或整片土墊層進(jìn)行處理;當(dāng)同時(shí)要求提高墊層土的承載力或增強(qiáng)水穩(wěn)性時(shí),宜采用局部或整片灰土墊層進(jìn)行處理。

  墊層的設(shè)計(jì)主要包括墊層的厚度、寬度、夯實(shí)后的壓實(shí)系數(shù)和承載力設(shè)計(jì)值的確定等方面。墊層設(shè)計(jì)的原則是既要滿足建筑物對(duì)地基變形及穩(wěn)定的要求,又要符合經(jīng)濟(jì)合理的要求。同時(shí),還要考慮以下幾方面的問(wèn)題:

  1.局部土墊層的處理寬度超出基礎(chǔ)底邊的寬度較小,地基處理后,地面水及管道漏水仍可能從墊層側(cè)向滲入下部未處理的濕陷性土層而引起濕陷,因此,設(shè)置局部墊層不考慮起防水、隔水作用,地基受水浸濕可能性大及有防滲要求的建筑物,不得采用局部土墊層處理地基。

  2.整片墊層的平面處理范圍,每邊超出建筑物外墻基礎(chǔ)外緣的寬度,不應(yīng)小于墊層的厚度,即并不應(yīng)小于2m。

  3.在地下水位不可能上升的自重濕陷性黃土場(chǎng)地,當(dāng)未消除地基的全部濕陷量時(shí),對(duì)地基受水浸濕可能性大或有嚴(yán)格防水要求的建筑物,采用整片土墊層處理地基較為適宜。但地下水位有可能上升的自重濕陷性黃土場(chǎng)地,應(yīng)考慮水位上升后,對(duì)下部未處理的濕陷性土層引起濕陷的可能性。

  二、重錘表層夯實(shí)及強(qiáng)夯

  重錘表層夯實(shí)適用于處理飽和度不大于60%的濕陷性黃土地基。一般采用2.5~3.0t的重錘,落距4.0~4.5m,可消除基底以下1.2~1.8m黃土層的濕陷性。在夯實(shí)層的范圍內(nèi),土的物理、力學(xué)性質(zhì)獲得顯著改善,平均干密度明顯增大,壓縮性降低,濕陷性消除,透水性減弱,承載力提高。非自重濕陷性黃土地基,其濕陷起始?jí)毫^大,當(dāng)用重錘處理部分濕陷性黃土層后,可減少甚至消除黃土地基的濕陷變形。因此在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地采用重錘夯實(shí)的優(yōu)越性較明顯。

  強(qiáng)夯法加固地基機(jī)理一般認(rèn)為,是將一定重量的重錘以一定落距給予地基以沖擊和振動(dòng),從而達(dá)到增大壓實(shí)度,改善土的振動(dòng)液化條件,消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。強(qiáng)夯加固過(guò)程是瞬時(shí)對(duì)地基土體施加一個(gè)巨大的沖擊能量,使土體發(fā)生一系列的物理變化,如土體結(jié)構(gòu)的破壞或排水固結(jié)、壓密以及觸變恢復(fù)等過(guò)程。其作用結(jié)果是使一定范圍內(nèi)的地基強(qiáng)度提高、孔隙擠密。

  單點(diǎn)強(qiáng)夯是通過(guò)反復(fù)巨大的沖擊能及伴隨產(chǎn)生的壓縮波、剪切波和瑞利波等對(duì)地基發(fā)揮綜合作用,使土體受到瞬間加荷,加荷的拉壓交替使用,使土顆粒間的原有接觸形式迅速改變,產(chǎn)生位移,完成土體壓縮-加密的過(guò)程。加固后土體的內(nèi)聚力雖受到破壞或擾動(dòng)有所降低,但原始內(nèi)聚力隨土體密度增大而得以大幅提高;單點(diǎn)強(qiáng)夯如圖1所示,夯錘底下形成夯實(shí)核,呈近似的拋物線型,夯實(shí)核的最大厚度與夯錘半徑相近,土體成千層餅狀,其干密度大于1.85g/cm3;

  三、擠密樁法

  擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基,施工時(shí),先按設(shè)計(jì)方案在基礎(chǔ)平面位置布置樁孔并成孔,然后將備好的素土(粉質(zhì)粘土或粉土)或灰土在最優(yōu)含水量下分層填入樁孔內(nèi),并分層夯(搗)實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高止。通過(guò)成孔或樁體夯實(shí)過(guò)程中的橫向擠壓作用,使樁間土得以擠密,從而形成復(fù)合地基。值得注意的是,不得用粗顆粒的砂、石或其它透水性材料填入樁孔內(nèi)。

  灰土擠密樁和土樁地基一般適用于地下水位以上含水量14%~22%的濕陷性黃土和人工黃土和人工填土,處理深度可達(dá)5~10米;彝翑D密樁是利用錘擊打入或振動(dòng)沉管的方法在土中形成樁孔,然后在樁孔中分層填入素土或灰土等填充料,在成孔和夯實(shí)填料的過(guò)程中,原來(lái)處于樁孔部位的土全部被擠入周圍土體,通過(guò)這一擠密過(guò)程,從而徹底改變土層的濕陷性質(zhì)并提高其承載力。其主要作用機(jī)理分兩部分:

 。ㄒ唬C(jī)械打樁成孔橫向加密土層,改善土體物理力學(xué)性能

  在土中擠壓成孔時(shí),樁孔內(nèi)原有土被強(qiáng)制側(cè)向擠出,使樁周一定范圍內(nèi)土層受到擠壓,擾動(dòng)和重塑,使樁周土孔隙比減小,土中氣體溢出,從而增加土體密實(shí)程度,降低土壓縮性,提高土體承載能力。土體擠密范圍,是從樁孔邊向四周減弱,孔壁邊土干密度可接近或超過(guò)最大干密度,也就是說(shuō)壓實(shí)系數(shù)可以接近或超過(guò)1.0,其擠密影響半徑通常為1.5~2d(d為擠密樁直徑),漸次向外,干密度逐漸減小,直至土的天然干密度,試驗(yàn)證明沉管對(duì)土體擠密效果可以相互疊加,樁距愈小,擠密效果愈顯著。

 。ǘ┗彝翗杜c樁間擠密土合成復(fù)合地基

  上部荷載通過(guò)它傳遞時(shí),由于它們能互相適應(yīng)變形,因此能有效而均勻地?cái)U(kuò)散應(yīng)力,地基應(yīng)力擴(kuò)散得很快,在加固深度以下附加應(yīng)力已大為衰減,無(wú)需堅(jiān)實(shí)的下臥層。

     樁徑宜為300~450mm,并可根據(jù)所選用的成孔設(shè)備或成孔方法確定;

    樁距可為樁徑的2.0~2.5倍;

    樁頂標(biāo)高以上應(yīng)設(shè)置300~500mm厚的2:8灰土,其壓實(shí)系數(shù)不小于0.95;

    灰土擠密樁和土擠密樁復(fù)合地基承載力特征值:《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2002規(guī)定應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定。初步設(shè)計(jì)當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí),可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定,但對(duì)灰土擠密樁復(fù)合地基的承載力特征值,不宜大于處理前的2倍,并不大于250kpa;對(duì)于土擠密樁復(fù)合地基承載力特征值,不宜大于處理前的1.4倍,并不宜大于180kpa.

    用靜載荷試驗(yàn)可測(cè)定單樁和樁間土的承載力,也可測(cè)定單樁復(fù)合地基或多樁復(fù)合地基承載力。當(dāng)不用載荷試驗(yàn)時(shí),樁間土的承載力可采用靜力初探測(cè)定。

    樁體特別是灰土填孔的樁體,采用靜力初探測(cè)定其承載力不一定可行,但可采用動(dòng)力觸探測(cè)定。

處理后復(fù)合地基的載荷試驗(yàn),應(yīng)按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2202中附錄A的要求進(jìn)行。

對(duì)高層建筑或更重要的建筑工程,應(yīng)盡量通過(guò)載荷試驗(yàn)確定處理后復(fù)合地基承載力特征值和變形模量,這樣不僅安全可靠,而且還不受規(guī)范中承載力特征值的限制,拓寬土擠密樁、灰土擠密樁地基的使用范圍。

   當(dāng)基礎(chǔ)的埋深大于0.5米時(shí),處理地基的承載力特征值可按有關(guān)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算,深度修正系數(shù)取1.0,寬度不作修正,即:Fa=Fak+0+1.0*γm *(d-0.5) 

   工程資料表明:灰土擠密樁地基的承載力特征值已超過(guò)了400kpa,拓寬了灰土樁應(yīng)用范圍。

   隨著灰土樁應(yīng)用范圍的擴(kuò)展,有的方法對(duì)樁間土并不產(chǎn)生擠密效應(yīng),應(yīng)用的土質(zhì)也不限于黃土和填土,在此情況下,需要有一個(gè)理論計(jì)算方法,根據(jù)其作用機(jī)理,完全可以建立一個(gè)復(fù)合地基承載力的計(jì)算公式:

  (1)、 Fspk=(K1*Fpk*Ap+K2*Fsk*As)/A

式中:Fspk—復(fù)合地基承載力特征值(kpa)

      Fpk—土樁或灰土樁承載力特征值(kpa)

      Fsk—天然土地基承載力特征值(kpa)

A— 有效加固面積(平方米),A=Ap+As

      Ap—土樁或灰土樁截面積(平方米)

      As—樁間土受壓面積(平方米)

      K1—與土樁或灰土樁不同樁徑、不同土質(zhì)材料有關(guān)的系數(shù),對(duì)于孔隙比不大于1.3、液性指數(shù)不大于1的一般粘性土和雜填土,K1可查表(表略)

      K2—擠密后沉降量在10mm時(shí)的承載力特征值與擠密前地基受壓沉降量在10mmm時(shí)承載力的比值,亦可取K2=1.0

(2)、若已知樁體的承載力特征值Fpk和變形模量Eop、樁間土的承載力特征值Fsk和變形模量Eos(一般按原地基取值)、處理地基中樁的置換率m,則可按下列公式計(jì)算復(fù)合地基承載力特征值:

      Fspk=m*Fpk+(1-m)Fsk

      E0sp=m*Eop+(1-m)Eos

一般情況下,上式計(jì)算結(jié)果偏于安全。但少量工程除外,即設(shè)計(jì)值高于實(shí)測(cè)值。

(3)、若已知樁土應(yīng)力比,復(fù)合地基承載力特征值也可按下式計(jì)算:

      Fspk=m*n*Fsk+(1-m)Fsk=[1+m(n-1)]Fsk=Fsk/Us

式中:n—樁土應(yīng)力比

      Us—應(yīng)力擴(kuò)散系數(shù),Us=1/[1+m(n-1)]

 (4)、復(fù)合地基承載力也可按剛度進(jìn)行計(jì)算:

     Fspk*A=Fpk*Ap+Fsk*As

式中符號(hào)意義同上式。

    施工:成孔應(yīng)按設(shè)計(jì)要求、成孔設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)和周圍環(huán)境等情況,選用沉管(震動(dòng)、錘擊)或沖擊等方法。

    質(zhì)量檢驗(yàn):灰土擠密樁和土擠密樁地基竣工驗(yàn)收時(shí),承載力應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。

  一般來(lái)說(shuō),擠密樁可以按等邊三角形布置,這樣可以達(dá)到均勻的擠密效果。每根樁都對(duì)其周圍一定范圍內(nèi)的土體有一定的擠密作用,即使樁與樁之間有一小部分尚未被擠密的土體,因?yàn)槠渲車兄(wěn)定的、不會(huì)發(fā)生濕陷的邊界這一部分也不會(huì)發(fā)生濕陷變形。樁與其周圍被擠密后的土體共同形成了復(fù)合地基,一起承受上部荷載?梢哉f(shuō),在擠密樁長(zhǎng)度范圍內(nèi)土體的濕陷性已完全被消除處理后的地基與上部結(jié)構(gòu)渾然一體,即使樁底以下土后的土體即使有沉降變形,也是微小的和均勻的,不致對(duì)上部結(jié)構(gòu)形成威脅。樁的間距的大小直接影響到擠密效果的好壞,也與工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。

  四、樁基礎(chǔ)

  樁基礎(chǔ)既不是天然地基,也不是人工地基,屬于基礎(chǔ)范疇,是將上部荷載傳遞給樁側(cè)和樁底端以下的土(或巖)層,采用挖、鉆孔等非擠土方法而成的樁,在成孔過(guò)程中將土排出孔外,樁孔周圍土的性質(zhì)并無(wú)改善。但設(shè)置在濕陷性黃土場(chǎng)地上的樁基礎(chǔ),樁周土受水浸濕后,樁側(cè)阻力大幅度減小,甚至消失,當(dāng)樁周土產(chǎn)生自重濕陷時(shí),樁側(cè)的正摩阻力迅速轉(zhuǎn)化為負(fù)摩阻力。因此,在濕陷性黃土場(chǎng)地上,不允許采用摩擦型樁,設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)除樁身強(qiáng)度必須滿足要求外,還應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件,采用穿透濕陷性黃土層的端承型樁(包括端承樁和摩擦端承樁),其樁底端以下的受力層:在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地,必須是壓縮性較低的非濕陷性土(巖)層;在自重濕陷性黃土場(chǎng)地,必須是可靠的持力層。這樣,當(dāng)樁周的土受水浸濕,樁側(cè)的正摩阻力一旦轉(zhuǎn)化為負(fù)摩阻力時(shí),便可由端承型樁的下部非濕陷性土(巖)層所承受,并可滿足設(shè)計(jì)要求,以保證建筑物的安全與正常使用。

  五、化學(xué)加固法

  在我國(guó)濕陷性黃土地區(qū)地基處理應(yīng)用很多,并取得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的化學(xué)加固法包括硅化加固法和堿液加固法,其加固機(jī)理如下:

  硅化加固濕陷性黃土的物理化學(xué)過(guò)程,一方面基于濃度不大的、粘滯度很小的硅酸鈉溶液順利地滲入黃土孔隙中,另一方面溶液與土的相互凝結(jié),土起著凝結(jié)劑的作用。

  堿液加固:利用氫氧化鈉溶液加固濕陷性黃土地基在我國(guó)始于20世紀(jì)60年代,其加固原則為:氫氧化鈉溶液注入黃土后,首先與土中可溶性和交換性堿土金屬陽(yáng)離子發(fā)生置換反映,反映結(jié)果使土顆粒表面生成堿土金屬氫氧化物。

  六、預(yù)浸水法

  預(yù)浸水法是在修建建筑物前預(yù)先對(duì)濕陷性黃土場(chǎng)地大面積浸水,使土體在飽和自重應(yīng)力作用下,發(fā)生濕陷產(chǎn)生壓密,以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷濕陷性。預(yù)浸水法一般適用于濕陷性黃土厚度大、濕陷性強(qiáng)烈的自重濕陷性黃土場(chǎng)地。由于浸水時(shí)場(chǎng)地周圍地表下沉開(kāi)裂,并容易造成“跑水”穿洞,影響建筑物的安全,所以空曠的新建地區(qū)較為適用。