濕陷性土包括濕陷性黃土及具有濕陷性的碎石土、砂土和其他土。濕陷性土的特點(diǎn)是當(dāng)其未受水浸濕時(shí),一般強(qiáng)度較高,壓縮性較低。但受水浸濕后,在上覆土層的自重應(yīng)力或自重應(yīng)力和建筑物附加應(yīng)力作用下,土的結(jié)構(gòu)迅速破壞,并發(fā)生顯著的附加下沉,其強(qiáng)度也隨著迅速降低。濕陷性土主要由濕陷性黃土組成。 濕陷性黃土是指在一定壓力下受水浸濕,土結(jié)構(gòu)迅速破壞,并產(chǎn)生顯著附加下沉的黃土。 它廣泛分布于我國甘肅、寧夏、陜西和山西等黃土高原地區(qū)。其中以03馬蘭組黃土最具有代表性
土體濕陷對工程建設(shè)具有極大的危害性。地基濕陷的原因很多,如:貯水構(gòu)筑物或輸水管道漏水;工業(yè)或生活用水排放不當(dāng);大氣降水滲入和積聚以及地下水位上升等。這些原因所造成的建筑物地基的濕陷變形往往是不均勻的,屬于失穩(wěn)型的地基變形,一般在一兩天內(nèi)就可能產(chǎn)生20-30厘米的變形量。這種數(shù)量大、速度快、而又不均勻的地基變形正式建筑物所難以適應(yīng)的,往往會(huì)造成水塔、煙囪等高聳構(gòu)筑物嚴(yán)重傾斜,房屋墻身破壞,梁、柱等稱重結(jié)構(gòu)開裂,以及機(jī)器基礎(chǔ)傾斜等惡果。
因此,在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行建設(shè),對建筑物地基需要采取處理措施,以減小或消除濕陷性黃土地基因浸水而引起的濕陷變形,保證建筑物的安全與正常使用。另外,濕陷性黃土對道路工程的工程危害主要表現(xiàn)為遇水后的不均勻沉降,引起公路路面大面積開裂、下陷,從而引起其他次生道路病害,進(jìn)一步加劇黃土地基的濕陷性,引起惡性循環(huán)。所以道路工程中的濕陷性黃土路基的施工質(zhì)量直接影響整個(gè)道路的施工質(zhì)量以及后期運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)工程。
濕陷性黃土設(shè)計(jì)措施
1)地基處理措施。常用方法有墊層、重錘夯實(shí)、強(qiáng)夯、土(或灰土)樁擠密和深層孔內(nèi)夯擴(kuò)等,可以完全或部分消除地基的濕陷性,或采用樁基礎(chǔ)或深基礎(chǔ)穿透濕陷性黃土層,使建筑物基礎(chǔ)坐落在密實(shí)的非濕陷性土層上,保證建筑物的安全和正常使用。
2)防水措施。防止大氣降水、生產(chǎn)和生活用水浸入地基,其中包括場地排水、地面的防水、排水溝和管道的排水、防水等。
3)結(jié)構(gòu)措施。對上部建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理,作用是使建筑物適應(yīng)或減少不均勻沉降所造成的危害。
以上三種措施中,地基處理措施應(yīng)用的比較廣泛,而且地基處理的方法也比較多,所以下面就地基處理方法進(jìn)行論述。
國內(nèi)常用的濕陷性黃土地基處理方法及適用范圍
目前我國以土(或灰土)墊層、重錘表層夯實(shí)、強(qiáng)夯、深層孔內(nèi)強(qiáng)夯、高壓注漿固結(jié)土(或灰土)擠密樁復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)應(yīng)用較多,經(jīng)驗(yàn)比較豐富,對于其他的處理方法則相對應(yīng)用的較少。土(或灰土)墊層、固結(jié)土(或灰土)擠密樁可分別適用于處理3 m左右和10 m左右厚的濕陷性黃土層;10 m以上可采用深層孔內(nèi)強(qiáng)夯以及樁基礎(chǔ)。
重錘夯實(shí)法
重錘表面夯實(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 t~ 3.0 t的重錘,落距4.0 m~ 4.5 m,可以消除基底以下1.2 m~1.8 m濕陷性黃土層。在夯實(shí)層的范圍內(nèi),土的物理、力學(xué)性質(zhì)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,其濕陷起始壓力較大,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地采用重錘夯實(shí)的優(yōu)越性較為明顯。而強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基,是在上述重錘夯實(shí)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種地基處理方法,其優(yōu)點(diǎn)為施工簡單、效率高、工期短、對濕陷性黃土濕陷性消除的深度較大,缺點(diǎn)是振動(dòng)和噪聲較大。強(qiáng)夯對濕陷性黃土濕陷性的消除效果明顯,一般可達(dá)8 m~10m。
土(灰土)墊層法
墊層法是一種淺層處理濕陷性黃土地基的傳統(tǒng)方法。處理厚度一般為1 m~3 m,通過處理基底下部分濕陷性黃土層,可以減少地基的濕陷量。當(dāng)僅要求消除基底以下1 m~3 m濕陷性黃土的濕陷量時(shí),宜采用局部土墊層進(jìn)行處理,當(dāng)要求提高墊層土的承載力及增強(qiáng)水穩(wěn)性時(shí),宜采用整片灰土墊層進(jìn)行處理。具體做法是先將基礎(chǔ)下的濕陷性黃土部分或者全部挖除,再將灰土或素土在最優(yōu)或接近最優(yōu)含水量下分層回填夯實(shí),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。這種方法施工簡易,效果顯著,經(jīng)過處理,地基承載力可達(dá)到250 kPa,土墊層可達(dá)到180 kPa。
灰土(土)擠密樁復(fù)合地基及孔內(nèi)深層夯擴(kuò)樁復(fù)合地基
灰土(土)擠密樁的主要材料是生石灰,規(guī)格是粒徑小于5 cm的顆粒狀,與土的比例是2∶8(體積比),用氣錘夯成孔,孔徑40 cm,樁與樁的間距1.0 m~1.3 m,樁深6 m~10 m,樁底穿過濕陷性黃土層,傳力于濕陷性黃土層以下的持力層上,達(dá)到躲過濕陷性黃土層的目的。它是利用打入鋼套管,或振動(dòng)沉管或爆擴(kuò)等方法,在土中成樁孔,然后在孔中分層填入素土(或灰土)并夯實(shí)而成。在成孔和夯實(shí)過程中,原處于樁孔部位的土全部擠入周圍土層中,使距樁周一定距離內(nèi)的天然土得到擠密,從而消除樁間土的濕陷性并提高承載力;彝(土)擠密樁地基其上部荷載由樁和樁間土共同承擔(dān),擠密后的地基為復(fù)合地基,類似墊層一樣工作,上部荷載通過它往下傳遞時(shí)應(yīng)力要擴(kuò)散,而且比天然地基擴(kuò)散的更快,在加固深度以下,附加應(yīng)力將大大減小,灰土(土)擠密樁對地基的加固處理效果,不僅與樁距有關(guān),還與所處理的厚度和寬度有關(guān)?變(nèi)深層夯擴(kuò)樁近些年在濕陷性黃土地區(qū)也開始進(jìn)行應(yīng)用,用螺旋鉆孔,孔徑一般為40 cm。夯錘重量一般為20 kN~30 kN,孔內(nèi)填料一般為素土或灰土,或建筑物垃圾和廢料。
在濕陷性黃土地區(qū)建筑地基應(yīng)用中,成孔后,孔內(nèi)分層夯填時(shí),對孔周圍土體進(jìn)行擠密,其擠密的影響范圍與夯錘的夯擊能量有關(guān),在消除孔周圍土體濕陷性的同時(shí)提高地基土的承載力,在成孔過程中對樁間土的擠密已完成絕大部分,而孔內(nèi)夯擴(kuò)樁對樁間土的擠密則在孔內(nèi)充填土料的過程中完成。其對地基的處理深度較深,可達(dá)20 m左右,而且無地下水的限制,在對濕陷性黃土地基處理時(shí),一般要求參考灰土(或土)擠密樁地基。
樁基礎(chǔ)