龔麗敏

(太原西山煤電集團(tuán)設(shè)計(jì)院，山西太原 030053)

數(shù)千年前，我國(guó)就已成功地將灰土應(yīng)用在地基工程中。近年來，在我國(guó)北方地區(qū)，多層的民用建筑和小型砌體承重的單層工業(yè)廠房，都廣泛采用灰土基礎(chǔ)。灰土在濕陷性黃土地區(qū)被用作地基處理的防水材料;在填土等軟弱土地區(qū)，灰土樁被用來提高地基的承載能力。

1 灰土的作用機(jī)理

灰土通常是按3∶7的比例將石灰和黃土用規(guī)定的用水量均勻拌合，然后分層夯實(shí)制成。經(jīng)過一定齡期，粘土顆粒表面的活性氧化物與石灰起反應(yīng)生成了不溶性水化物，使粘土顆粒結(jié)合起來，從而提高了粘土的強(qiáng)度和耐水性。

2 影響灰土強(qiáng)度的因素

2.1 灰土成分的比例

灰土的成分是石灰和黃土，適宜的石灰比例用量會(huì)提高灰土的強(qiáng)度。否則，石灰比例用量偏少不會(huì)起到作用，偏高反而會(huì)降低強(qiáng)度。實(shí)踐證明，其適宜比例(體積比)為3∶7。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 灰土的抗壓強(qiáng)度

2.2 灰土成分的質(zhì)量

灰土中石灰所含的活性氧化物(CaO和MgO)含量，也影響灰土的抗壓強(qiáng)度。從表2中可以看出，活性氧化物含量較高時(shí)，其配置出的灰土強(qiáng)度較高。

如果石灰在空氣中暴露的時(shí)間增長(zhǎng)，石灰塊會(huì)吸收水分熟化成消石灰粉，并且與空氣中的二氧化碳作用生成碳酸鈣，而失去膠結(jié)能力，甚至降低灰土的強(qiáng)度。

表2 活性氧化物的含量對(duì)強(qiáng)度的影響 %

2.3 灰土土體顆粒的粗細(xì)

灰土的顆粒越細(xì)，它的比表面積越大，與石灰的膠結(jié)作用就越充分，灰土產(chǎn)生的強(qiáng)度就越高。在華北地區(qū)，常見的土體有粘性土和砂土，粘土的顆粒較砂土細(xì)，所以常用粘土來制作灰土。

2.4 灰土的干容重和壓實(shí)系數(shù)

隨著灰土的干容重和壓實(shí)系數(shù)的增加，土粒之間的縫隙會(huì)減小，土粒結(jié)合得會(huì)越密實(shí)，灰土的強(qiáng)度會(huì)越高。表3列出了不同干容重灰土與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系。

表3 不同干容重灰土的抗壓強(qiáng)度

2.5 齡期對(duì)灰土強(qiáng)度的影響

在3 d～7 d齡期(早期)內(nèi)，灰土的強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢，其抗壓強(qiáng)度幾乎與夯實(shí)的素土相近;經(jīng)過7 d～28 d齡期，其抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到早期強(qiáng)度的1.6倍～2倍;3個(gè)月后，其抗壓強(qiáng)度繼續(xù)提高，是28 d齡期強(qiáng)度的1.6倍～2倍，見表1。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，提高早期的灰土強(qiáng)度主要靠提高灰土的密實(shí)度，或通過加入少量的食鹽、明礬等途徑，其中以加入食鹽的效果最好。

2.6 灰土齡期對(duì)其抗凍性的影響

灰土在早期強(qiáng)度不高的情況下，會(huì)產(chǎn)生凍結(jié)現(xiàn)象。具有一定齡期的灰土(如超過一個(gè)月)，解凍后灰土的結(jié)構(gòu)遭受破壞，但仍有一定強(qiáng)度;三個(gè)月齡期的3∶7灰土解凍后強(qiáng)度卻沒有明顯的降低。參考有關(guān)資料，哈爾濱廿道街在經(jīng)歷了二十多年后(至少20多個(gè)反復(fù)凍融循環(huán))，其路面依舊平穩(wěn)，沒有發(fā)生沉陷或開裂，更沒有發(fā)生破壞。

2.7 灰土的水穩(wěn)定性和滲透性

灰土具有良好的水穩(wěn)定性。在飽水條件下，灰土硬化會(huì)生成水硬性膠結(jié)物CaO·SiO2·nH2O，隨著干容重加大，齡期加長(zhǎng)，浸水后灰土的強(qiáng)度降低程度會(huì)減小?；彝恋臐B透系數(shù)較低，在工程中被廣泛用作防水材料。

3 灰土在基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用

3.1 條形基礎(chǔ)工程

一千年前，我國(guó)古人就成功地使用了灰土基礎(chǔ)，有不少被完整地保存到今天?；彝粱A(chǔ)多用3∶7灰土，其承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=200 kPa/m3～250 kPa/m3，條形基礎(chǔ)的允許高厚比取 1∶1.25(P≤100 kPa)和 1∶1.5(100 kPa≤P≤200 kPa)，灰土基礎(chǔ)的常用厚度為300(二步)，450(三步)，600(四步)。規(guī)范規(guī)定灰土的壓實(shí)系數(shù)不小于0.95，要求分層夯實(shí)。

3.2 灰土墊層

3.2.1 概述

灰土作為墊層使用在我國(guó)已有悠久的歷史，如北京城墻的地基、蘇州古塔的地基、陜西三原縣青龍橋護(hù)堤的地基，都是用灰土建造的，這些灰土至今還很堅(jiān)硬，強(qiáng)度較大。如有三百年歷史的陜西三原縣肖家村八字橋送水護(hù)坡墻的灰土強(qiáng)度竟達(dá)104kPa以上。目前，我國(guó)采用灰土墊層作為地基的多層建筑已高達(dá)六七層。

3.2.2 設(shè)計(jì)體會(huì)

基底下存在軟弱土層、雜填土層以及濕陷性黃土?xí)r，通常在基底下坐1 m～4 m厚的灰土墊層，墊層的厚度據(jù)Pz+Pcz≤fz確定;墊層的寬度應(yīng)滿足:b≥b+2Ztgθ，其中θ=30°。對(duì)于濕陷性黃土，尚應(yīng)符合《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中表4.1.5及第4.2.2和4.2.3條的規(guī)定。用灰土處理濕陷性黃土，不但可以降低地基的濕陷量，還可以改變地基的高壓縮性，見表4。在濕陷性黃土地區(qū)的生產(chǎn)或生活用水較多的建筑物和構(gòu)筑物，在基底下用一定厚度的3∶7灰土作墊層處理，可起到很好的防水效果。另外，北方地區(qū)用灰土做散水墊層也是為了發(fā)揮其防水作用。

表4 不同灰土厚度的壓縮量 mm

3.3 灰土井樁基礎(chǔ)

3.3.1 概述

灰土井樁又稱灰土井、灰土柱或灰土墩，它是起樁作用的灰土基礎(chǔ)?；彝辆畼锻ǔＳ缮遗c粉質(zhì)粘土按3∶7比例拌合后，在回填中分層夯實(shí)，經(jīng)過一定時(shí)間，灰土中的白灰與粘土顆粒產(chǎn)生膠凝反應(yīng)，從而使灰土強(qiáng)度得到顯著提高，而且產(chǎn)生良好的水穩(wěn)性。灰土井樁被廣泛應(yīng)用于多層建筑物的地基處理，尤其是黃土分布較廣泛的陜西、山西等地。其設(shè)計(jì)、施工簡(jiǎn)便易行，費(fèi)用低廉，工期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.3.2 設(shè)計(jì)體會(huì)

灰土井樁適用條件如下:1)多層民用建筑;2)填土、非自重濕陷性黃土(濕陷等級(jí)Ⅱ級(jí)以下)或其他軟弱地基;3)地下水位以上土層(樁底距地下水位小于3 m時(shí));4)建筑物使用過程中不會(huì)發(fā)生浸水和含酸污水排泄。

在選用灰土井樁基礎(chǔ)的同時(shí)，要做好建筑地基的防水設(shè)計(jì)。對(duì)一般濕陷性黃土地基，在樁頂上面作一定厚度的灰土墊層，它可以防止地表水滲入地基。在施工時(shí)要嚴(yán)防上下水管道因使用而導(dǎo)致水滲入地基土中。

3.4 灰土擠密樁基礎(chǔ)

3.4.1 概述

灰土擠密樁同樣適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、填土等地基，處理深度宜為5 m～15 m。它是以提高地基的承載力或增強(qiáng)其水穩(wěn)性為主要目的。具有就地取材、費(fèi)用較低的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在我國(guó)西北及華北等黃土地區(qū)。

3.4.2 設(shè)計(jì)體會(huì)

灰土擠密樁屬于深層加密處理地基，它不但可以提高地基承載力，而且還能有效降低地基壓縮性，對(duì)濕陷性黃土有部分或全部消除濕陷性的作用。

它的布置范圍應(yīng)大于基礎(chǔ)或建筑物底層平面范圍，且應(yīng)符合以下要求:1)采用局部處理時(shí)，對(duì)于非自重濕陷性黃土、素填土和雜填土地基，bs(每邊伸出寬度)≥0.25b(基底寬帶)和0.50 m;對(duì)于自重濕陷性黃土地基，bs≥0.75b和1.00 m。2)采用整片處理時(shí)，bs≥0.5b(處理土層厚度)和 2.00 m。

處理地基的深度，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地的土質(zhì)狀況、成孔及夯實(shí)設(shè)備等因素確定。對(duì)濕陷性黃土地基，尚應(yīng)符合現(xiàn)行《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

樁孔直徑D=300 mm～450 mm，應(yīng)根據(jù)成孔方法確定。樁孔常用等邊三角形布置，樁孔中心距離S=2.0D～2.5D。

其承載力特征值，不宜大于處理前的2.0倍，并不宜大于250 kPa。

其變形包括樁和樁間土及其下臥未處理土層的變形。

4 結(jié)語(yǔ)

灰土取材廣泛，灰土基礎(chǔ)施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，強(qiáng)度較高。在實(shí)際工程中，我們要因地制宜，合理選擇相應(yīng)基礎(chǔ)。

［1］《地基處理手冊(cè)》編寫組.地基處理手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］顧曉魯.地基與基礎(chǔ)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［3］地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［4］建筑材料［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.