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湿陷性黄土地基处理办法详解

286 2020-06-19 14:16:52

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湿陷性土包括湿陷性黄土及具有湿陷性的碎石土、砂土和其他土。湿陷性土的特点是当其未受水浸湿时,一般强度较高,压缩性较低。但受水浸湿后,在上覆土层的自重应力或自重应力和建筑物附加应力作用下,土的结构迅速破坏,并发生显著的附加下沉,其强度也随着迅速降低。湿陷性土主要由湿陷性黄土组成。湿陷性黄土是指在一定压力下受水浸湿,土结构迅速破坏,并产生显著附加下沉的黄土。它广泛分布于我国甘肃、宁夏、陕西和山西等黄土高原地区。其中以03马兰组黄土最具有代表性。


土体湿陷对工程建设具有极大的危害性。地基湿陷的原因很多,如:贮水构筑物或输水管道漏水;工业或生活用水排放不当;大气降水渗入和积聚以及地下水位上升等。这些原因所造成的建筑物地基的湿陷变形往往是不均匀的,属于失稳型的地基变形,一般在一两天内就可能产生20-30厘米的变形量。这种数量大、速度快、而又不均匀的地基变形正式建筑物所难以适应的,往往会造成水塔、烟囱等高耸构筑物严重倾斜,房屋墙身破坏,梁、柱等称重结构开裂,以及机器基础倾斜等恶果。


因此,在湿陷性黄土地区进行建设,对建筑物地基需要采取处理措施,以减小或消除湿陷性黄土地基因浸水而引起的湿陷变形,保证建筑物的安全与正常使用。另外,湿陷性黄土对道路工程的工程危害主要表现为遇水后的不均匀沉降,引起公路路面大面积开裂、下陷,从而引起其他次生道路病害,进一步加剧黄土地基的湿陷性,引起恶性循环。所以道路工程中的湿陷性黄土路基的施工质量直接影响整个道路的施工质量以及后期运营期养护工程。

湿陷性黄土设计措施

1)、地基处理措施。常用方法有垫层、重锤夯实、强夯、土(或灰土)桩挤密和深层孔内夯扩等,可以完全或部分消除地基的湿陷性,或采用桩基础或深基础穿透湿陷性黄土层,使建筑物基础坐落在密实的非湿陷性土层上,保证建筑物的安全和正常使用。

2)、防水措施。防止大气降水、生产和生活用水浸入地基,其中包括场地排水、地面的防水、排水沟和管道的排水、防水等。

3)、结构措施。对上部建筑进行结构处理,作用是使建筑物适应或减少不均匀沉降所造成的危害。

以上三种措施中,地基处理措施应用的比较广泛,而且地基处理的方法也比较多,所以下面就地基处理方法进行论述。

国内常用的湿陷性黄土地基处理方法及适用范围

目前我国以土(或灰土)垫层、重锤表层夯实、强夯、深层孔内强夯、高压注浆固结土(或灰土)挤密桩复合地基和桩基础应用较多,经验比较丰富,对于其他的处理方法则相对应用的较少。土(或灰土)垫层、固结土(或灰土)挤密桩可分别适用于处理3 m左右和10 m左右厚的湿陷性黄土层;10 m以上可采用深层孔内强夯以及桩基础。

重锤夯实法

重锤表面夯实适用于处理饱和度不大于60%的湿陷性黄土地基。一般采用2.5t~3.0t的重锤,落距4.0m~ 4.5m,可以消除基底以下1.2m~1.8m湿陷性黄土层。在夯实层的范围内,土的物理、力学性质显著改善,平均干密度明显增大,压缩性降低,湿陷性消除,透水性减弱,承载力提高。非自重湿陷性黄土地基,其湿陷起始压力较大,当用重锤处理部分湿陷性黄土层后,可减少甚至消除黄土地基的湿陷变形。

因此在非自重湿陷性黄土场地采用重锤夯实的优越性较为明显。而强夯法处理湿陷性黄土地基,是在上述重锤夯实的基础上发展起来的一种地基处理方法,其优点为施工简单、效率高、工期短、对湿陷性黄土湿陷性消除的深度较大,缺点是振动和噪声较大。强夯对湿陷性黄土湿陷性的消除效果明显,一般可达8m~10m。


(灰土)垫层法

垫层法是一种浅层处理湿陷性黄土地基的传统方法。处理厚度一般为1m~3m,通过处理基底下部分湿陷性黄土层,可以减少地基的湿陷量。当仅要求消除基底以下1m~3m湿陷性黄土的湿陷量时,宜采用局部土垫层进行处理,当要求提高垫层土的承载力及增强水稳性时,宜采用整片灰土垫层进行处理。具体做法是先将基础下的湿陷性黄土部分或者全部挖除,再将灰土或素土在最优或接近最优含水量下分层回填夯实,以便消除地基的部分或全部湿陷量,并可减小地基的压缩变形,提高地基承载力。这种方法施工简易,效果显著,经过处理,地基承载力可达到250kPa,土垫层可达到180kPa。



灰土()挤密桩复合地基及孔内深层夯扩桩复合地基

灰土(土)挤密桩的主要材料是生石灰,规格是粒径小于5cm的颗粒状,与土的比例是2∶8(体积比),用气锤夯成孔,孔径40cm,桩与桩的间距1.0m~1.3m,桩深6m~10m,桩底穿过湿陷性黄土层,传力于湿陷性黄土层以下的持力层上,达到躲过湿陷性黄土层的目的。它是利用打入钢套管,或振动沉管或爆扩等方法,在土中成桩孔,然后在孔中分层填入素土(或灰土)并夯实而成。在成孔和夯实过程中,原处于桩孔部位的土全部挤入周围土层中,使距桩周一定距离内的天然土得到挤密,从而消除桩间土的湿陷性并提高承载力。灰土(土)挤密桩地基其上部荷载由桩和桩间土共同承担,挤密后的地基为复合地基,类似垫层一样工作,上部荷载通过它往下传递时应力要扩散,而且比天然地基扩散的更快,在加固深度以下,附加应力将大大减小,灰土()挤密桩对地基的加固处理效果不仅与桩距有关还与所处理的厚度和宽度有关。孔内深层夯扩桩近些年在湿陷性黄土地区也开始进行应用,用螺旋钻孔,孔径一般为40cm。夯锤重量一般为20kN30kN,孔内填料一般为素土或灰土,或建筑物垃圾和废料。


在湿陷性黄土地区建筑地基应用中,成孔后,孔内分层夯填时,对孔周围土体进行挤密,其挤密的影响范围与夯锤的夯击能量有关,在消除孔周围土体湿陷性的同时提高地基土的承载力,在成孔过程中对桩间土的挤密已完成绝大部分,而孔内夯扩桩对桩间土的挤密则在孔内充填土料的过程中完成。其对地基处理深度较深,可达20m左右,而且无地下水的限制,在对湿陷性黄土地基处理时,一般要求参考灰土(或土)挤密桩地基。 

桩基础

桩基础法适用于消除湿陷性黄土层的湿陷性,可使用各种类型的桩穿透湿陷性土层,把上部结构的荷载通过桩尖传到非湿陷性的土层(岩层)上。在湿陷性黄土地区采用桩基础,将桩穿透湿陷性黄土层,在非自重湿陷性黄土地区,桩底端应支承在压缩性较低的非湿陷性土层(岩层)中。对自重湿陷性黄土场地,桩底端应支承在可靠的持力层中。

经30多年的工程实践证明,如桩穿透湿陷性土层,支承于可靠的持力层上,则地基受水浸湿后完全能保证建筑物的安全,反之会导致湿陷事故。湿陷性黄土地区桩基础一般采用打入桩、静压桩、钻孔或人工挖孔灌注桩以及沉管灌注桩等,近年来使用较多的为钻孔(或人工挖孔)灌注桩、静压桩以及沉管灌注桩。与其他地区所用桩基础不同的是,在湿陷性黄土土层中不但不能考虑桩的摩擦力,还应在桩的承载能力上减去桩的负摩擦力。正负摩擦力的大小,宜通过现场试验确定。在桩基础施工时,特别是灌注桩成孔后,必须将孔底清理干净,以免影响桩的端承力,造成事故。


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来源:MUSUN

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