陳世盛 彭阿麗

山西冶金巖土工程勘察有限公司 山西 太原 030002

引言

大厚濕陷性黃土作為非飽和欠壓密土遇水濕后易發(fā)生濕陷變形現(xiàn)象，這類變形常給各種建筑物帶來(lái)嚴(yán)重的危害，嚴(yán)重地影響了建筑安全和正常使用。為最大限度地消除濕陷性黃土在較大厚度情況下可能造成的危害，文章重點(diǎn)對(duì)濕陷性黃土巖土工程勘察及地基處理方法進(jìn)行了具體的研究。

1 大厚度濕陷性黃土巖土工程的勘察重點(diǎn)

1.1 勘探深度的控制

進(jìn)行大厚度濕陷性黃土巖土工程勘察過(guò)程當(dāng)中必須要合理的控制勘察深度，這也是保證整體工程勘察質(zhì)量的重點(diǎn)內(nèi)容。比如，在進(jìn)行山西地區(qū)的黃土巖土工程勘察過(guò)程中，就需要保證勘察厚度在5～22m之間。為了能夠進(jìn)一步保障勘察的效率，勘察人員還需要對(duì)探井?dāng)?shù)量進(jìn)行合理的安排。確保探井的深度能夠穿透濕陷性黃土層，才能夠使探查的結(jié)果符合項(xiàng)目施工要求對(duì)[1]。

1.2 濕陷性試驗(yàn)和評(píng)估

《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50025-2018）對(duì)于大厚度濕陷性黃土的測(cè)試和評(píng)估進(jìn)行了進(jìn)一步的要求。一般濕陷性試驗(yàn)宜用單線法進(jìn)行，在天然濕度范圍內(nèi)分級(jí)加荷、加到不同壓力沉陷穩(wěn)定后方可浸水進(jìn)行，可獲得較真實(shí)的結(jié)果。需要注意的是：如果都用單線法進(jìn)行測(cè)試有一定難度，勘察人員可以同時(shí)采用雙線法和單線法結(jié)合的方式進(jìn)行測(cè)試，從這個(gè)角度可以通過(guò)比較確保濕陷性測(cè)試的科學(xué)性。但在對(duì)大厚度濕陷性黃土進(jìn)行濕陷性評(píng)價(jià)時(shí)，勘察人員需要著重考慮濕陷程度的分區(qū)，地基浸水概率對(duì)其影響必須列入考慮范圍，從而與不打浸水孔的自然浸水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，引入浸水概率系數(shù)可以確保濕陷性評(píng)價(jià)更具有科學(xué)性。

1.3 工程地質(zhì)測(cè)繪

只有嚴(yán)格管理工程地質(zhì)的具體測(cè)繪質(zhì)量，才能夠進(jìn)一步確保大厚度濕陷性黃土工程的勘測(cè)效果，除了按照普通濕陷性現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)繪工作之外，還需要勘察人員進(jìn)行測(cè)繪工作，還要研究地形變化歷史，對(duì)黃土填方場(chǎng)地控制準(zhǔn)則，填筑方式和填方時(shí)間等問(wèn)題也須著重考慮。另外，勘察人員還要對(duì)地下水位的季節(jié)性變化范圍，埋深，升降趨勢(shì)以及與灌溉情況，地表水體之間的關(guān)系等進(jìn)行勘察，對(duì)地表水下滲及側(cè)向浸水的程度及可能性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)還要有所側(cè)重[2]。

2 工程概況

2.1 工程信息

擬建項(xiàng)目位于山西省晉中市榆次區(qū)城東北，擬選址長(zhǎng)約400m，寬約350m；擬建建筑為三幢一層廠房，廠房高度20.0m。擬建場(chǎng)地地貌單元主要分布在晉中盆地的東北部地區(qū)，次級(jí)地貌單元屬于黃土丘陵；擬建的1#廠房現(xiàn)場(chǎng)比較平整，最大高差2.41m；2#和3#工廠現(xiàn)場(chǎng)地形起伏大，最大高差6.76m。通過(guò)對(duì)區(qū)域地質(zhì)資料及工程地質(zhì)調(diào)查研究，擬建場(chǎng)地為自重濕陷性黃土場(chǎng)地、濕陷等級(jí)高、最大濕陷深度達(dá)20m以上。因此確定現(xiàn)場(chǎng)濕陷性黃土埋深及濕陷等級(jí)為此次調(diào)查的關(guān)鍵。

2.2 地基處理方案設(shè)計(jì)

地基處理方案設(shè)計(jì)對(duì)于地基的整體處理效果有著非常重要的影響，因此必須要采取合適的方式進(jìn)行科學(xué)仔細(xì)的設(shè)計(jì)，從而有效的保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量和設(shè)計(jì)的效率。1#在進(jìn)行地基處理時(shí)使用灰土擠密樁并合理的確定其整體的使用參數(shù)。通過(guò)在孔內(nèi)進(jìn)行3∶7的灰土材料的填充保證，分層回填的夯實(shí)度，從而有效的保障其整體的處理效果在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中必須保證樁間土的平均擠密系數(shù)大于0.93，最小的擠密系數(shù)要高于0.88。2#和3#一個(gè)廠房處理使用強(qiáng)夯法并進(jìn)行三遍點(diǎn)夯，最后再使用3000kN·m的滿夯進(jìn)行最后施工。在施工過(guò)程中必須要保證每次點(diǎn)夯所造成的沉降量大于100mm。只有這樣才能夠保證整體的地基處理效果，使后續(xù)的建設(shè)更加順利，安全。

3 大厚度濕陷性黃土地基的處理

3.1 墊層法

在進(jìn)行地下水位以上的濕陷性黃土地基處理過(guò)程當(dāng)中，最常用的方法就是墊層法[3]。采用墊層法其實(shí)質(zhì)就是把濕陷性黃土和其他一些土都挖掉，換填一些具有較高強(qiáng)度，較高密度和良好水穩(wěn)定性的較厚粒徑的物質(zhì)，例如素土、灰土、水泥土和粉煤灰等、沙礫土這種無(wú)侵蝕性、性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)都能很好地為采用墊層法處理濕陷性黃土地基服務(wù)，而不同物質(zhì)所具有的不同適用范圍還需著重考慮，例如粉煤灰墊層就比較適合機(jī)場(chǎng)、廠房或者是堆場(chǎng)。但是必須要合理的控制粉煤灰的強(qiáng)度。如果發(fā)現(xiàn)墊層低于地下水位，那就必須要將粉煤灰的強(qiáng)度進(jìn)一步降低。

3.2 強(qiáng)夯法

如果在地基以下仍然存在3～12m的濕陷性土層，那么就可以使用強(qiáng)夯法，通過(guò)應(yīng)用這一方法能夠使?jié)裣菪渣S土的部分或者是全部都得到很好的處理，通過(guò)應(yīng)用這一方法能夠有效提高實(shí)現(xiàn)性黃土的結(jié)構(gòu)，保證其密實(shí)度、壓縮性等性能，符合工程項(xiàng)目的使用需求。但是同時(shí)濕陷性黃土本身的滲透性和強(qiáng)度都會(huì)對(duì)強(qiáng)夯法運(yùn)用效果產(chǎn)生直接的影響；夯點(diǎn)的布置，夯擊遍數(shù)，單點(diǎn)夯擊能，單位面積夯擊能的大小，對(duì)濕陷性黃土地基的處理質(zhì)量也同樣具有直接的影響。但是需要注意的是，采用強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基在施工中會(huì)出現(xiàn)噪音和振動(dòng)過(guò)大等缺點(diǎn)，這樣就會(huì)使周邊建筑物和環(huán)境極易遭受到比較消極的后果，因此需要注意有關(guān)防護(hù)措施的運(yùn)用[4]。

3.3 擠密法

擠土成孔法與取土成孔法是當(dāng)前擠密法的兩種分支。這兩種方法的主要區(qū)別是在于工藝方面。在成孔時(shí)使用擠土成孔法可以保證擠密效果，但是在成樁的時(shí)候，則需要使用到取土成孔法來(lái)保證擠密作用。在回填過(guò)程中受到不同方法的影響，需要使用到的材料也有所不同。因此根據(jù)材料使用的不同情況，擠密法又可分為素土擠密法和灰土擠密法，濕陷性黃土地基的原始含水量以及自身的干密度往往對(duì)于擠密法的應(yīng)用效果有著非常重要的影響，所以必須要根據(jù)濕陷性黃土的具體數(shù)據(jù)來(lái)確定擠密法的布孔形式以及樁間距，在目前國(guó)內(nèi)的擠密法應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)用最多的還是灰土擠密法。通過(guò)應(yīng)用這一方法，可以有效改善濕陷性黃土的穩(wěn)定性和牢固性，從而為后續(xù)的施工建設(shè)提供安全保障。

3.4 地基處理

3.4.1 對(duì)待的理念。結(jié)合地質(zhì)勘察工作，建設(shè)單位確定在擠密法中孔內(nèi)深層強(qiáng)夯擠密法進(jìn)行大厚度濕陷性黃土地基處理，該處理通常需要與柱錘沖擊成孔法和步履式長(zhǎng)旋鉆排土成孔法等方法相配合。施工單位在地基處理中選用其中步履式長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)排土成孔法，采用分層填料（灰土）、用高動(dòng)能橄欖錘（特制重力夯錘）在孔內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)夯操作，從而可達(dá)到處理大厚度濕陷性黃土地基。但與前面所述灰土擠密法和夯擴(kuò)法相比，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯擠密法通常在同等落距和夯錘重的情況下單位面積夯擊能量更大，多因其樁錘直徑小，使孔內(nèi)深層強(qiáng)夯擠密法比強(qiáng)夯法有明顯的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上擠密法孔內(nèi)深層強(qiáng)夯擠密法自身就屬于灰土樁，重錘夯實(shí)和強(qiáng)力夯實(shí)處理方法融合體，采用深層動(dòng)力夯、砸和壓密等方法對(duì)下層填料進(jìn)行處理，同時(shí)采用動(dòng)力夯、砸、劈裂和強(qiáng)制側(cè)向擠密等方法對(duì)其進(jìn)行夯實(shí)，從而很好地保證了大厚濕陷性黃土基礎(chǔ)處理的質(zhì)量。

3.4.2 處理過(guò)程中。在運(yùn)用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯擠密法處理大厚度濕陷性黃土地基時(shí)，該處理過(guò)程可以歸納為以下幾個(gè)步驟：用經(jīng)緯儀測(cè)放控制點(diǎn)和樁位，用機(jī)械洛陽(yáng)鏟掏土形成孔，用灰土拌和機(jī)篩分、拌和灰土，人工填筑。其中經(jīng)緯儀的使用可以建立現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)坐標(biāo)和高程控制系統(tǒng)以確保樁位的合理布置，機(jī)械洛陽(yáng)鏟技術(shù)的使用可以使成孔垂直度偏差保持在1.5%以內(nèi)，每遍填料的虛方量在0.13～0.15m3之間。

3.4.3 處理效果好。為了清楚地了解本項(xiàng)目對(duì)大厚度濕陷性黃土地基的處理作用，本項(xiàng)目對(duì)樁身夯填質(zhì)量、微觀結(jié)構(gòu)和滲透性等進(jìn)行了具體測(cè)試。如果在測(cè)量后發(fā)現(xiàn)自重濕陷系數(shù)都在0.15以下，擠密系數(shù)均值不低于0.93，由此可以證明樁間土擠密作用突出，地基的濕陷性得到了徹底的消除。另外，樁身土壓實(shí)系數(shù)大于或等于0.97，平均300kPa復(fù)合地基承載力特征值和0.029m/d處理地基滲透系數(shù)，還可論證大厚度濕陷性黃土基處理效果之優(yōu)、孔內(nèi)深層強(qiáng)夯擠密法應(yīng)用之價(jià)值是顯而易見(jiàn)的[5]。

4 地基處理的效果比較

4.1 灰土擠密樁處理地基的試驗(yàn)

在1#廠房現(xiàn)場(chǎng)灰土擠密樁的基礎(chǔ)上，通過(guò)單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，測(cè)試單樁復(fù)合地基承載力特征值能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求；為了能夠進(jìn)一步測(cè)量灰土擠密樁地基濕陷性的去除效果以及樁間土擠密樁的具體技術(shù)效果。還需要使用人工探井技術(shù)進(jìn)行取土室內(nèi)測(cè)試。經(jīng)測(cè)試灰土擠密樁單樁復(fù)合地基承載力特征值為150kPa；探井探測(cè)深度處樁間距0.9m與樁間距1.0m區(qū)濕陷系數(shù)低于0.015，且處理深度處濕陷性完全消除；樁間距在檢測(cè)深度內(nèi)平均擠密系數(shù)至少為0.93，最小值為0.88；檢測(cè)深度范圍內(nèi)樁體的平均壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，最小壓實(shí)系數(shù)不小于0.93。

4.2 對(duì)強(qiáng)夯后的地基處理進(jìn)行檢測(cè)

在2#，3#廠房現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)夯后通過(guò)靜載荷試驗(yàn)判斷地基承載力特征值達(dá)到設(shè)計(jì)要求；利用人工探井取土進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)地基處理地基土干密度，壓縮系數(shù)，密實(shí)度和濕陷性等進(jìn)行了分析研究。經(jīng)測(cè)試強(qiáng)夯處理的地基承載力特征值為180kPa；2#廠房場(chǎng)地及3#廠房場(chǎng)地西北角夯終面下9.5m濕陷性均被消除，表明8000kN·m能級(jí)有效加固深度為9.5m；3#廠房場(chǎng)地西北角外局部地段夯綜面下4m范圍內(nèi)濕陷性系數(shù)在0.015～0.037之間，濕陷性不能完全消除。

5 檢測(cè)結(jié)論分析

后經(jīng)過(guò)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，3#廠房西北隅外的地塊之前是蘋果樹(shù)、桃樹(shù)林，地塊第一層黃土平均含水量8.3%，和其他地區(qū)的平均含水量相比較低。勘察報(bào)告當(dāng)中并沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)的分區(qū)說(shuō)明，這就導(dǎo)致無(wú)法有針對(duì)性地進(jìn)行地基處理。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)土體增濕，采用二次強(qiáng)夯。經(jīng)測(cè)試，在測(cè)試范圍內(nèi)濕陷性完全消失。1#廠房場(chǎng)地，2#廠房場(chǎng)地，3#廠房場(chǎng)地西北角地基承載力及處理后濕陷性符合設(shè)計(jì)要求。表明在濕陷性黃土地區(qū)，強(qiáng)夯法與灰土擠密樁仍然是提高承載力、處理濕陷性效果最好、應(yīng)用最為廣泛的地基處理方案。

6 結(jié)束語(yǔ)

該場(chǎng)地是典型的大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地之一，濕陷性黃土層厚、地基濕陷等高、最大總濕陷量達(dá)1300mm，需處理濕陷性深。本勘察方案布設(shè)之前，勘察技術(shù)人員通過(guò)多次區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及搜集有關(guān)資料，初步查明場(chǎng)地濕陷性黃土厚度及濕陷級(jí)別，對(duì)探井?dāng)?shù)量及探井深度進(jìn)行針對(duì)性布置，避免探井?dāng)?shù)量及深度不足，導(dǎo)致濕陷深度及濕陷等級(jí)沒(méi)有被判別出來(lái)；還可避免探井過(guò)深而浪費(fèi)人力及提高勘察成本。此外，對(duì)特殊性場(chǎng)地，應(yīng)按工程地質(zhì)條件劃分區(qū)域，巖土工程分析評(píng)價(jià)應(yīng)分區(qū)闡述，使地基處理方案更具針對(duì)性?？偠灾?，在進(jìn)行工程建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，采用合理的方式。進(jìn)行大厚度實(shí)現(xiàn)性黃土地區(qū)的巖土勘察和地基處理。對(duì)于工程建設(shè)質(zhì)量有著非常重要的影響。本文對(duì)大厚度濕陷性黃土的處理思路進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，分析了強(qiáng)夯法、擠密法等一系列的處理方法，并探討了其處理效果。為了保證大厚度濕陷性黃土地基的處理質(zhì)量，就必須著重分析濕陷性黃土的具體變形機(jī)理、黃土微細(xì)觀以及大厚度濕陷復(fù)合地基動(dòng)力等方面進(jìn)行分析研究。