濕陷性黃土地基處理方案

1、1、概述 濕陷性黃土地基處理主要取決于濕陷性黃土的特殊性質，濕陷性黃土地基的變形包括壓縮和濕陷性兩種，當基底壓力不超過地基土的容許承載力時，地基的壓縮變形很小，大都在其上部結構的容許變形值范圍以內(nèi)，不會影響建筑物的安全和正常使用。濕陷變形是由于地基被水浸濕引起的一種附加變形，往往是局部和突然發(fā)生，且不均勻，對建筑物破壞性大，危害嚴重，因此對濕陷性黃土地區(qū)的建筑物不論地基承載力是否達到容許承載力，都應對地基進行處理，前者以消除濕陷為目的，后者以提高承載力為主，同時應消除黃土的濕陷性。我國濕陷性黃土分布很廣，各地區(qū)黃土的差別很大，地基處理時應區(qū)別對待，并結合以下特點：1）濕陷性黃土的地區(qū)差別，如濕

2、陷性和濕陷敏感性的強弱，承載能力及壓縮性的大小和不均勻性的程度等；2）建筑物的使用特點，如用水量大小，地基浸水的可能性；3）建筑物的重要性和其使用上對限制不均勻下沉的嚴格程度，結構對不均勻下沉的適應性；4）材料及施工條件，以及當?shù)氐氖┕そ?jīng)驗。濕陷性黃土的地基處理措施是采用機械手段對基礎的濕陷性黃土進行加固處理，或更換另一種材料改變其物理性質，達到消除濕陷性、減少壓縮和提高承載能力的目的，其中大多以第一個目的即消除濕陷為主。濕陷性黃土的地基處理，在處理深度和處理范圍上區(qū)分：1）淺處理，即消除建筑物地基的部分濕陷量；2）深基礎處理，即消除建筑物地基的全部濕陷量，這種方法包括采用樁基礎或深基礎穿透全

3、部的濕陷性黃土層。在濕陷性黃土地區(qū)設計措施，主要有地基處理措施、防水措施和結構措施三種。地基處理的常用方法有墊層、重錘夯實、強夯、土（或灰土）樁擠密和深層孔內(nèi)夯擴等，可以完全或部分消除地基的濕陷性，或采用樁基礎或深基礎穿透濕陷性黃土層，使建筑物基礎坐落在密實的非濕性土層上，保證建筑物的安全和正常使用。防水措施使用以防止大氣降水、生產(chǎn)和生活用水以及浸入地基，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，是濕陷性黃土地區(qū)建筑物設計中不可缺少的措施。結構措施的作用是使建筑物適應或減少不均勻沉降所造成的危害。在濕陷性黃土地區(qū)，國內(nèi)外使用較多的地基處理方法：重錘表層夯實、強夯、墊層、擠密樁復

4、合地基、墊處理、預浸水、爆擴樁、化學加固和樁基礎等。近年來，深層孔內(nèi)夯擴擠、高壓旋噴注漿法，以及復合載體夯擴樁等也得到推廣使用。目前我國以重錘表層夯實、土（或灰土）墊層、強夯、深層孔內(nèi)夯擴、高壓注漿固結土（或灰土）擠密樁復合地基、樁基礎應用較多，經(jīng)驗比較豐富，對于其他的處理方法則應用較少，或未使用過?；瘜W加固則多用于濕陷事故處理，從國外情況來看，與我國不同，保加利亞多采用水泥土墊層、混凝土擠密短樁，俄羅斯等國認為當處理厚度大于12m的黃土時，熱處理和預浸水與水下爆擴相結合都比樁基礎經(jīng)濟，根據(jù)我國經(jīng)驗，灰土墊層、灰土（或土）擠密樁可分別適用于處理3m左右和10m左右厚的濕陷性黃土層的濕陷性，10

5、m以上可采用深層孔內(nèi)強夯以及樁基礎等。預浸水法可用于處理厚度大、自重濕陷性強烈的濕陷性黃土場地，但該方法處理后距地表一定深度內(nèi)的土層應具有濕陷性，必須采用其他方法另作處理?？傊?，在具體選用濕陷性黃土的處理方法時，應根據(jù)建筑場地的濕陷性類別、濕陷等級、以及地區(qū)特點，首先考慮因地制宜和就地取材等原則，并根據(jù)施工技術可能達到的條件，經(jīng)過技術經(jīng)濟對比予以選用，必要時可幾種方法綜合考慮使用。2、濕陷性黃土的加固機理2.1 濕陷性黃土的分布及特征我國濕陷性黃土的分布面積約占我國黃土總面積的60%左右，大部分分布在黃河中游地區(qū)，北起長城附近，南達秦嶺，西自烏鞘嶺，東至太行山，除河流溝谷切割地段和突出的高山外

6、，濕陷性黃土幾乎遍布本地區(qū)，面積達27萬平方公里，是我國黃土的典型分布。除此以外，在山東中部、甘肅河西走廊，西北內(nèi)陸盆地、東北松遼平原等地有零星分布，面積一般較小，且不連續(xù)，濕陷性黃土一般都覆蓋在下臥的非濕陷性黃土層上，其厚度為六盤山以西地區(qū)較大，最大達30m，六盤山以東地區(qū)稍薄，例如渭河谷的濕陷性黃土厚度多為幾米到幾十米，向東至河南西部則更小，并且常有非濕陷性黃土層位于濕陷性黃土層之間。濕陷性黃土的最大特點是：在土的自重壓力或土的附加壓力與自重壓力共同作用下，受水浸濕時將產(chǎn)生大量而急劇的附加下沉，這種現(xiàn)象稱為濕陷，它與自重濕陷性黃土一般土受水浸濕時所表現(xiàn)的壓縮性稍有增加的現(xiàn)象不同。由于各地區(qū)

7、黃土形成時的自然條件差異較大，因此其濕陷性也有較大差別，有些濕陷性黃土受水浸濕后的土的自重壓力下就產(chǎn)生濕陷，而另一些黃土受水浸濕后只有在土的自重壓力和附加壓力共同作用下產(chǎn)生濕陷。前者稱為自重濕陷性黃土，后者稱為非自重濕陷性黃土，一般將黃土開始濕陷時的相應壓力稱為濕陷起始壓力，可看作黃土受水浸濕后的結構強度。當濕陷性黃土實際所受壓力等于或大于土的濕陷起始壓力時，土就開始產(chǎn)生濕陷。反之，如小于這一壓力，則黃土只產(chǎn)生壓縮變形，而不發(fā)生濕陷變形。濕陷變形不同于壓縮變形，通常壓縮變形在荷載施加后立即產(chǎn)生，隨著時間的增長而逐漸趨向穩(wěn)定。對于大多數(shù)濕陷性黃土地基來說，（不包括飽和黃土和新近堆積的黃土），壓縮

8、變形在施工期間就能完成一大部分，竣工后三個月到半年即基本趨于穩(wěn)定。而濕陷變形的特點是：變形量大，常常超過正常壓縮變形的幾倍甚至幾十倍；發(fā)生快，一般在浸水1-3小時就開始濕陷。就一般的濕陷事故而言，往往在1-2天內(nèi)就可能產(chǎn)生20-30cm的變形量，這種量大、速率快而又不均勻的變形往往使建筑物發(fā)生嚴重變形甚至破壞。而濕陷的出現(xiàn)完全取決于受水浸濕的機率，有的建筑物在施工期間即產(chǎn)生濕陷事故，而有的則在幾年甚至幾十年后才出現(xiàn)濕陷事故。濕陷性黃土濕陷變形的主要指標：濕陷系數(shù)，濕陷的起始壓力和濕陷的起始含水量，其中以濕陷系數(shù)最為重要。濕陷系數(shù)是單位厚度土樣在土自重壓力或自重壓力與附加壓力共同作用下浸水所產(chǎn)生

9、的濕陷量。它的大小反映了黃土對水的敏感程度，濕陷系數(shù)越大，表示土受水浸濕后的濕陷量越大，因而對建筑物的危害越大，反之，則小。濕陷性黃土濕陷系數(shù)一般通過室內(nèi)壓縮儀進行測試，并按下式計算濕陷系數(shù)的： （26.2.1）式中：為土樣在壓力p作用時下沉穩(wěn)定后的高度；為上述加壓穩(wěn)定后的土樣，在浸水作用下，下沉穩(wěn)定后的高度；為土樣的原始高度；為土樣在壓力p作用下下沉穩(wěn)定后的孔隙比；為上述加壓穩(wěn)定后土樣在浸水作用下下沉穩(wěn)定后的孔隙比；為土樣的原始孔隙比。濕陷系數(shù)在工程中主要用于：1）判別黃土的濕陷性；2）鑒別濕陷性黃土濕陷性的強弱；3）預估濕陷性黃土地基的濕陷量。對黃土濕陷性的判別，按現(xiàn)行黃土規(guī)范，以0.01

10、5作為界限值，大于或等于0.015，則定為濕陷性黃土，小于0.015則定為非濕陷性黃土。利用濕陷系數(shù)，可大致判斷濕陷性黃土濕陷性的強弱，一般認為，0.03為弱濕陷性，0.030.07為中等濕陷性； 0.07為強濕陷性。濕陷性黃土在局部荷載的作用下，在濕陷過程中濕陷性黃土地基不但產(chǎn)生豎向變形，還將產(chǎn)生水平位移。主要是土在浸水狀態(tài)下土的結構遭受破壞，抗剪強度急劇降低，側向限制就大為減弱。在雙重因素的影響下，使地基土濕陷時產(chǎn)生了大量的側向擠出，導致濕陷量擴大。對于自重濕陷性黃土，在自重壓力作用下受水浸濕后由于其濕陷變形區(qū)各水平面上不存在壓力差，沒有側向擠出現(xiàn)象，但在外荷載作用下，在附加應力范圍內(nèi)產(chǎn)生

11、側向擠出。一般最大水平位移發(fā)生在基礎四個周邊的豎向剖面上，而且集中1.01.5（為基礎寬度）的深度范圍內(nèi)，基底壓力或基底面積大，則側向擠出的水平范圍和影響深度也大。2.2 濕陷性黃土地基的各種地基處理方法的加固機理及影響因素濕陷性黃土地區(qū)地基處理，盡管在地基處理技術的應用上同其他地區(qū)相比在施工工藝等方面差別不大，但其加固機理及方法又進一步體現(xiàn)了濕陷性黃土的地區(qū)特征，往往在提高承載力的同時，對黃土的濕陷性進行消除。1、重錘表面夯實及強夯重錘表面夯實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,可以消除基底以下1.2-1.8m黃土層濕陷性。在夯

12、實層的范圍內(nèi)，土的物理、力學性質獲得顯著改善，平均干重度明顯增大，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的優(yōu)越性較明顯。強夯法處理濕陷性黃土地基，是在上述重錘夯實的基礎上發(fā)展起來的一種地基處理方法，其優(yōu)點為施工簡單、效率高、工期短、對濕陷性黃土濕陷性消除的深度較大，缺點是振動和噪音較大，我國目前在濕陷性黃土地區(qū)應用強夯進行地基處理，取得較成功的經(jīng)驗，夯擊能量已超過8000KN.m，其對地基的影響深度按梅納公式進行計算： （26.2.2）式中

13、：H為影響深度，m；Q為重錘，KN；h未落距，m；為修正系數(shù)，據(jù)不同條件（地質、物理力學性能、孔隙率等）可取0.30.7;g為重力加速度。在濕陷性黃土場地各夯擊點的夯擊數(shù)可按最后一擊夯沉量等于3-6cm來確定，一般達6-9擊，稍濕的濕陷性黃土沒有或有很少自由水，在強夯過程中不存在孔隙水壓力消散的問題。無需像夯擊飽和土那樣要采用間歇多變的夯擊方式，可以在一個夯位上連續(xù)夯到所需擊數(shù)，而后在移到下一個夯位上，依次一遍夯實，強夯對濕陷性黃土土濕陷性的消除效果明顯，一般可達8-10m。2、土（灰土）墊層在濕陷性黃土地基上設置土墊層，在我國是一種傳統(tǒng)的地基處理方法，已有近兩千年的歷史，目前被廣泛推廣采用。

14、將處理范圍內(nèi)的濕陷黃土挖去，用素土（多用原開挖黃土）或灰土（灰土比一般為3：7或2：8）在最優(yōu)含水量狀態(tài)下分層回填（壓）實。采用土墊層或灰土墊層處理濕陷性黃土地基，可用于消除基礎底面1-3m土層的濕陷性，（目前也有6m以上換填，主要做法是下部用素土換填，分層碾壓，上部采用灰土墊層），減少地基的壓縮性，提高地基的承載力，降低土的滲透性（或起隔水作用），往往以消除濕陷作為地基處理的目的。另外在灰土擠密樁或深層孔內(nèi)夯擴法處理濕陷性黃土地基時，往往在上部采用灰土墊層。就其處理范圍來說，土墊層分為建筑物基礎（獨立基礎和條形基礎）底面下的土（或灰土）墊層和建筑物范圍內(nèi)的整片土（或灰土）墊層兩種。在下列情況

15、下宜采用整片灰土墊層：1）地基受水浸濕的可能性較大的建筑；2）濕陷性黃土層厚度較大的自重濕陷性黃土場地，需要全部消除地基的濕陷性采用其他方法較困難時，可與其他方法結合使用（主要起隔水作用），在其他情況下，經(jīng)技術經(jīng)濟對比認為合理時也可使用。工程實踐證明，采用土（灰土）墊層處理濕陷性黃土地基，只要施工質量符合工程要求，一般都能收到良好的效果，在非自重濕陷性黃土地基上尤為突出。但需指出的是，當灰土（或土）墊層質量不符合工程質量要求時，所發(fā)生的濕陷事故與未進行地基處理的濕陷性黃土同樣嚴重。在獨立基礎或條形基礎下設置一定寬度的灰土墊層，有利于途中應力的擴散，增強地基的穩(wěn)定性，阻止基底下土側向擠出，從而減

16、小或消除地基的濕陷變形。在土層相同的濕陷性黃土場地上所做灰土（或土）墊層載荷試驗表明，墊層的寬度超過基礎底面寬度太小，地基受水浸濕后不能有效地防止土的側向擠出，濕陷變形仍然較大。因此，墊層每邊超出基礎底面的寬度不得小于墊層厚度的一半，其超過寬度按下式計算：B=b+2ztan+c （26.2.3）式中:B為需處理土層底面的寬度,m;b為條形(或矩形)基礎短邊的寬度，m；z為基礎底面至處理土層底面的距離；c為考慮施工機具影響而外設的附加寬度，宜為20cm；為地基壓力擴散線與垂直線的夾角，宜為22-30度，用素土處理宜取小值，用灰土處理宜取大值。設置整片灰土（土）墊層是為了消除基礎底面以下部分黃土的

17、濕陷性，同時借助于整片灰土（土）墊層的隔水效果，可與防水從室內(nèi)外滲入地基，保護整個建筑物范圍內(nèi)下部未經(jīng)處理的濕陷性黃土層不致受水浸濕，所以整片墊層超出外墻基礎外緣寬度不應小于其厚度，并不得小于2米。當僅要求消除基地下處理土層的濕陷性時，宜采用局部和整片的土墊層，當同時要求提交土的承載力或水穩(wěn)性時，宜采用局部或整片灰土墊層。墊層質量由壓實系數(shù)控制，并應符合下列要求：1） 墊層厚度不大于3米時，其壓實系數(shù)不得小于0.932） 墊層厚度大于3米時，其壓實系數(shù)不宜小于0.953、灰土（土）擠密樁復合地基及孔內(nèi)深層夯擴樁復合地基灰土（土）擠密樁適用于加固地下水以上的濕陷性黃土地基，它是利用打入鋼套管，或

18、振動沉管或爆擴等方法，在土中成樁孔，然后在孔中分層填入素土（或灰土）并夯實而成。在成孔和夯實過程中，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。灰土（土）樁是一種柔性樁，灰土（土）擠密樁地基，其上部荷載由樁和樁間土共同承擔，擠密后的地基為復合地基，類似墊層一樣工作，上部荷載通過他往下傳遞時應力要擴散，而且比天然地基擴散的更快，在加固深度以下，附加應力將大大減少，灰土（土）擠密樁對地基的加固處理效果，不僅與樁距有關，還與所處理的厚度與寬度有關。當處理寬度不足時（尤其在未消除全部黃土的濕陷性的情況下），可能使基礎產(chǎn)生較大的下沉，甚至

19、尚失穩(wěn)定性，根據(jù)濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GBJ25-90）要求，當為局部處理時，在非自重濕陷性黃土場地，處理寬度兩端要超過基礎寬度的0.25倍，并不應小于0.5米，在自重濕陷性黃土場地，如要求加固后地基土的濕陷性完全消除，則處理寬度要超過基礎寬度兩邊各0.75倍，不小于1米。如果濕陷性黃土地基處理為整片處理時，每邊超出建筑物外墻基礎外緣的寬度，宜大于處理厚度的一半，處理厚度根據(jù)建筑物對地基的要求，地基的濕陷類型和濕陷等數(shù)、濕陷性黃土層的厚度以及施工機械能力綜合考慮，必要時，應采用防水措施和結構措施。并根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，對非自重濕陷性黃土場地和自重濕陷性黃土場地，根據(jù)建筑物的重要性程度區(qū)別對待。樁間

20、土的擠密系數(shù)，對甲、乙類建筑物不宜小于0.88，對其它建筑物不宜小于0.84?？變?nèi)填料應采用素土或灰土，分層進行回填夯實。其壓實系數(shù)對甲、乙類建筑不宜小于0.95，對其它建筑物不宜小于0.93。當利用擠密樁對濕陷性黃土地基進行整片處理時，宜設置0.5米厚的灰土（土）墊層。深層孔內(nèi)夯擴樁近些年在濕陷性黃土地區(qū)也開始進行應用，用螺旋鉆孔，孔徑一般為40cm。夯錘重量一般為20-30KN，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)建筑地基應用中，成孔后，孔內(nèi)分層夯填時，對孔周圍土體進行擠密，其擠密的影響范圍，與夯錘的夯擊能量有關，在消除孔周圍土體濕陷性的同時提高地基土的承載力，其

21、受力與灰土（土）擠密樁地基相似，所不同的是灰土（土）擠密樁地基，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20米左右，無地下水的限制，在濕陷性黃土地基處理時的要求，一般參考灰土（或土）擠密樁地基。4、樁基礎在濕陷性黃土地區(qū)采用樁基礎，將樁穿透濕陷性黃土層，在非自重濕陷性黃土地區(qū)，樁底端應支承在壓縮性較低的非濕陷性土層中。對自重濕陷性黃土場地，樁底端應支承在可靠的持力層中。經(jīng)30多年的工程實踐證明，如樁穿透濕陷性土層，支承于可靠的持力層上，則地基受水浸濕后完全能保證建筑物的安全，反之會導致濕陷事故。濕陷性黃土地區(qū)

22、樁基礎一般采用打入樁、靜壓樁、鉆孔或人工挖孔灌注樁以及沉管灌注樁等，近年來使用較多的為鉆孔（或人工挖孔）灌注樁、靜壓樁以及沉管灌注樁，在蘭州等濕陷性黃土濕陷較強烈的地區(qū)大多為端承樁，西安河南等濕陷性相對較弱的地區(qū)大多為端承摩擦樁或摩擦端承樁。近年來所作的復合載體夯擴樁主要也是提高樁進入非濕陷性土層時樁端的端承力。與其他地區(qū)所用樁基礎不同的是，在濕陷性黃土土層中不但不能考慮樁的摩擦力，還應在樁的承載能力上減去樁的負摩擦力。所謂負摩擦力，就是浸水后的自重濕陷性黃土層，土的下沉速率大于樁的下沉速率時，土對樁側表面產(chǎn)生向下作用的摩擦力。在一般情況下，地基土的豎向位移越大，則負摩擦力越大。實驗表明，二者

23、之間并不成正比發(fā)展，負摩擦力受土的抗剪強度影響，雖然樁土之間的相對位移較大，但浸水后降低的抗剪強度不足以支承外側飽和土的自重，因而懸附范圍是有限的。通常認為，樁基的負摩擦力只出現(xiàn)在自重濕陷性黃土地基中，而非自重濕陷性黃土地基中的樁基則不需考慮，但多年來濕陷性黃土地基樁基的工程經(jīng)驗證明，非自重濕陷性黃土地基，浸水后的樁基仍然可能產(chǎn)生負摩擦力，雖然負摩擦力數(shù)值比自重濕陷性黃土地區(qū)要小得多，在有些情況下也不應忽視。自重濕陷性黃土層浸水后將產(chǎn)生濕陷，但樁在荷載作用下也將產(chǎn)生一定下沉。在樁的上部，土層的下沉大于樁的位移，因而產(chǎn)生負摩擦力；在樁的下部 ，土的下沉小于樁的位移，將產(chǎn)生正摩擦力。在負摩擦力過渡

24、為正摩擦力處，有一個“中性點”，該點處樁的位移與土的下沉相等，因而摩擦力為零。計算負摩擦力時，只考慮中性點以上部分，也就是負摩擦力的計算深度。在濕陷性黃土場地的實驗證明，中性點的位置基本位于濕陷性黃土層與其下非濕陷性黃土層的交界部位。因此，負摩擦力的計算深度應等于樁在濕陷性黃土層中的全部樁長。正負摩擦力的大小，宜通過現(xiàn)場試驗確定。在樁基礎施工時，特別是灌注樁成孔后，必須將孔底清理干凈，以免影響樁的端承力，造成事故。5、化學加固法在我國濕陷性黃土地區(qū)地基處理應用較多，并取得實踐經(jīng)驗的化學加固方法包括硅化加固法和堿液加固法，其加固機理如下：硅化加固濕陷性黃土的物理化學過程，一方面基于濃度不大的、粘

25、滯度很小的硅酸鈉溶液順利地滲入黃土的孔隙中，另一方面溶液與土的互相凝結，土起著凝結劑的作用。單液硅化系由濃度10%15%的硅酸鈉溶液加入2.5%的氯化鈉組成。溶液進入土中后，由于溶液中的鈉離子與土中水溶液鹽類中的鈣離子（主要為CaSO4）產(chǎn)生互換的化學反應，即在土顆粒表面形成硅酸凝膠薄膜，從而增強土粒間的連接，填塞粒間孔隙，使土具有抗水性、穩(wěn)定性，減少土的滲水性，消除濕陷，同時提高地基的承載能力，其化學反應式如下：Na2O.SiO2+ CaSO4+mH2OSiO2.(m-1) H2O+ Na2 SO4+Ca(OH)2在反應初期，硅酸凝膠薄膜的厚度很小，只有幾微米，因而它不妨礙以后壓入溶液的滲透

26、流動，但相隔幾小時后，由于凝膠大量生成，土中孔隙被硅酸凝膠充填，毛細管通道被堵塞，使土的透水性降低。盡管硅酸凝膠薄膜的厚度很小，但是它有足夠的強度，能使土在溶液飽和的初期，不會由于外荷作用而產(chǎn)生過大附加下沉。隨著膠膜逐漸加厚和硬化，土的強度也隨著時間而增長。在加固后前半個月，土的強度增長速度最大，而且在一年以后仍有所增長，當土樣在水中浸泡時，仍可觀察到黃土在繼續(xù)硬化。硅化加固中，由于黃土中鈣、鎂離子參加反應，生成硅酸凝膠，但土體達到一定強度，為了提高加固土體的早期強度，以減少加固過程中附加下沉，可采用加氣硅化法，加氣硅化一般用CO2和氨氣，一般使用CO2較多。即首先在地基中注入CO2氣體，使土

27、中空氣部分被CO2占據(jù)，使土活化，然后灌入水玻璃溶液，再灌CO2，由于堿性水玻璃強烈吸收CO2，形成自真空作用，促進漿液均勻分布于土中，并滲透到土的微孔內(nèi)，可使95%97%的孔隙被漿液充填，加固土體的透水性大大降低，地基經(jīng)過加固后，浸水后的附加下沉量極其微小，濕陷性已完全消除，其地基層縮變形量很小，與天然地基相比，其變形模量，以及地基承載力大大提高。堿液加固：利用NaOH溶液加固濕陷性黃土地基在我國始于20世紀60年代，其加固原則為；NaOH溶液注入黃土后，首先與土中可溶性和交換性堿土金屬陽離子發(fā)生置換反應，反應結果使土顆粒表面生成堿土金屬氫氧化物，例如：2NaOH+Ca2+2Na+ Ca(O

28、H)2 2NaOH+ Ca2+( 土粒) 2Na+( 土粒)+ Ca(OH)2 這種反應是在溶液滲入土中瞬間完成的，它所消耗的NaOH僅占加固土所用的一小部分。土中呈游離狀態(tài)的SiO2和Al2O3,以及土的微細顆粒（鋁硅酸鹽類）與NaOH作用后產(chǎn)生溶液狀態(tài)的鈉硅酸鹽和鈉鋁酸鹽，如：2NaOH+SiO2Na2O+SiO2+H2O2NaOH+m Al2O3Na2O. m Al2O3+ H2O在氫氧化鈉溶液作用下，土粒（鋁硅酸鹽）表面會逐漸發(fā)生膨脹和軟化，相鄰土粒在這一過程中更緊密地相互接觸，并發(fā)生表面的相互溶合。但僅有NaOH的作用，土粒之間的這種溶合膠結（鈉鋁硅酸鹽類膠結）是非水穩(wěn)性的，只有在土

29、顆粒周圍存在Ca(OH)2的條件下，才能使這種膠結物轉化為強度高且具有水硬性的鈣鋁硅酸鹽的絡合物。依靠這些混合物的生成，使土粒相互牢固地膠結在一起，強度大大提高，并且有充分的水穩(wěn)性。上述反應是在固溶相間進行，常溫下反應速率較慢，而提高溫度則能大大加快反應的進行。當土中可溶性和交換性鈣、鎂離子含量較高時，灌入NaOH溶液即可得到滿意的加固效果，如土中的這類離子含量較少，為了取得有效的加固效果，可以采用雙液法，即在灌完NaOH溶液后，再灌入NaCl溶液。這時，后者與土中部分NaOH發(fā)生作用，生成Ca(OH)2，部分CaCl2也直接與鈉鋁硅酸鹽絡合物生成水硬性的膠結物，其化學反應如下： 2NaOH+

30、 CaCl22NaCl+ Ca(OH)2Na2O.SiO2. m Al2O3.X H2O+ CaCl2CaO.SiO2. m Al2O3.X H2O+2NaCl 堿液加固的適用范圍，自重濕陷性黃土地基能否采用堿液加固，取決于其對濕陷的敏感性。自重濕陷敏感性強的地基不宜采用堿液加固。對自重濕陷不敏感的黃土地基經(jīng)過試驗認可并擬采用堿液加固時，應采用卸荷或其他措施以減少灌液時可能引起的較大附加下沉。當土中可溶性和交換性的鈣、鎂離子含量較高（大于10mgcq/100g干土）時，可只采用堿液一種溶液加固，否則，需用堿液和CaCl2兩種溶液進行加固。經(jīng)技術經(jīng)濟比較，也可采用堿液與生石灰樁的混合加固方法。但

31、對下列情況不宜采用堿液加固：對于地下水位或飽和度大于80%的黃土地基；已滲入瀝青、油脂和其他石油化合物的黃土地基。 6、預浸水法預浸水法是在修建建筑物前預先對濕陷性黃土場地大面積浸水，使土體在飽和自重壓力作用下，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。上部土層（一般為距地表以下45m內(nèi)）仍具有外荷濕陷性，需要作處理預浸水的浸水坑的邊長不得小于濕陷性土層的厚度。當浸水坑的面積較大時，可分段進行浸水，浸水坑內(nèi)水位不應小于30cm，連續(xù)浸水時間以濕陷度變形穩(wěn)定為準。其穩(wěn)定標準為最后5天的平均濕陷量小于5mm。地基預浸水結束后，在基礎施工前應進行補充勘查工作，重新評定地基

32、的濕陷性，并采用墊層法或強夯法等處理上部濕陷性土層。預浸水法一般適用于濕陷性黃土厚度大、濕陷性強烈的自重濕陷性黃土場地。由于浸水時場地周圍地表下沉開裂，并容易造成“跑水”穿洞，影響附近建筑物的安全，所以在空曠的新建地區(qū)較為適用。在已建地區(qū)采用時，浸水場地與已建建筑物之間要留有足夠的安全距離浸水試坑與已有建筑物的凈距，當?shù)鼗鶅?nèi)存在隔水層時，應不小于濕陷性黃土層厚度的3.0倍；當不存在隔水層時，應不小于濕陷性黃土層厚度的1.5倍。此外，還應考慮浸水時對場地附近邊坡穩(wěn)定性的影響。預浸水法用水量大，工期長。處理1m2面積至少需用水5t以上。在一般情況下，一個場地從浸水起至下沉穩(wěn)定以及土的含水量降低到一

33、定要求時所需的時間，至少需要一年左右。因此，預浸水法只能在具備充足水源，又有較長施工準備時間的條件下才能采用。7、其他的加固方法高壓注漿固結法、CFG法等的加固機理與別的地區(qū)基本相同，參考其他有關章節(jié)，另外在飽和的黃土地區(qū)，近幾年來也采用粉噴樁法和深層攪拌法，其加固機理見相關章節(jié)。2.3 濕陷性黃土地基處理的施工工藝濕陷性黃土地基處理的常用手段，大多同國內(nèi)地基處理手段的施工方法和施工工藝相似，所不同的是在加固機理上有一定區(qū)別。2.3.1灰土（或素土）墊層施工 灰土（或素土）墊層施工時，先將處理范圍內(nèi)的濕陷性黃土全部挖出，并對底部進行夯實或壓實。然后將就地挖出的粘土配成相當于最優(yōu)含水量的土料，根

34、據(jù)選用的碾壓（或夯實）機械，按一定厚度分層鋪土，分層碾壓（或夯實）直到設計標高為止。在大面積的施工范圍內(nèi)，可采取分段開挖，分段碾壓（夯實）上下面層應避免豎向接縫，其錯距離不應小于0.5 m。在施工縫兩側0.5m范圍內(nèi)，應增加碾壓（或夯實）遍數(shù)。土墊層所用土料不得采用有機質含量大于8%的種植土、建筑垃圾和凍土等?；彝恋耐亮蠎A過篩，其粒徑不得大于15mm，石灰宜用熟石灰經(jīng)過篩后使用，粒徑不得大于5mm，且不得夾有未熟化的生石灰塊粒。施工時所用的機械一般采用重錘、壓路機、羊足碾、蛙式夯機等。其每層鋪土厚度以及灰土或土料的含水量，根據(jù)選用的施工機械確定。選用的含水量應接近最優(yōu)含水量，最優(yōu)含水量一般通

35、過擊實試驗確定，墊層施工質量檢測應在每層表面下2/3厚度處取樣，檢測土的干密度，取樣數(shù)量不應小于下列規(guī)定：整片墊層，每100m2每層3處；矩形（或方形）基礎底面下的墊層，每層2處；條形（包括管道）基礎底面下的墊層，每30m每層2處。2.3.2 硅化加固 硅化加固主要材料為水玻璃，主要設備為注漿管、打孔機（帶腳架或其他機械成孔機）分配器、溶液罐、注漿泵、膠皮管（帶壓）壓力表和滑輪等。注漿孔的布置原則，應能使被加固墻體在平面和深度范圍內(nèi)能造成一個整體。加固1m3土體的溶液用量Q( L/ m3) 可按下式計算： Q=Vn Vw=Vn d式中：Vn為加固前1m3土的孔隙體積，L; Vw為加固前1m3土

36、的土體中水的體積，L; d 為加固前地基土體平均干重度Kn/ m3; 為加固前土體的平均含水量，% 。 硅化加固濕陷性黃土地基的施工，可分以下幾個步驟：（1）成孔打入注漿管。硅化施工一般從天然地面或基礎底面以上1.01.5m 的覆蓋層開始，按照設計的注漿孔放線定位。注漿管的打入可采取分批、分段流水作業(yè)，自外向里間隔進行。當加固深度超過1.5m時，宜分層進行注漿，注漿次序自上而下進行，即先將注漿管打入第一加固層，注入漿液，完畢后再將其打入第二加固層，以此類推，直至設計規(guī)定的深度為止。（2）漿液配置當水玻璃（硅酸鈉）溶液的濃度大于硅化加固要求的 濃度時，應加水稀釋，稀釋1L硅酸鈉溶液的加水量x (

37、 L) 可按下式計算: 式中：a1為稀釋前的硅酸鈉（水玻璃）溶液比重，一般為1.451.53；a2為加水稀釋后硅酸鈉溶液的比重，采用單液硅化時，一般為1.131.15。 漿液配料時，先將未稀釋的水玻璃溶液盛入容器內(nèi)，把2.5%的氯化鈉溶液和按上式算出的用水量徐徐到入容器，攪拌均勻，用比重計檢查其濃度，符合要求時即要將配好的溶液盛入注漿用的容器內(nèi)，并立即使用，放置時間不宜超過4h,以免沉淀和形成凝膠。 每注漿管加固一層土所需的水玻璃溶液用量V(L)可按下式計算： V=R2LQ式中：R為加固半徑，m ;L為加固一層土的厚度；Q為加固1m3土體的溶液用量，L/ m3。（3）往地基內(nèi)注漿。注漿與打注漿

38、孔的程序相同，一般自上而下分層進行，注漿管打入設計標高以后，應及時連接注漿設備，向土中注入漿液。接管及注漿時，不得將注漿管搖動，以防管壁與周圍土由于松動而產(chǎn)生縫隙，造成冒漿，注漿壓力一般為12Mpa,注漿速度為25L/min。在注漿過程中，也可根據(jù)具體情況逐漸增大或減少灌注壓力和注漿速度，漿液冒出地面時，應立即停止灌注，將注漿管周圍的表層土翻松夯實或采取其他有效措施處理后方可繼續(xù)灌注。整個注漿孔注漿完畢后，應及時拔出注漿管，用熱水沖洗干凈，所有注漿孔宜用水泥砂漿填塞，如用素土或灰土填塞應分層搗實。2.3.3 堿液加固 堿液加固設備和工藝均較為簡單。用洛陽鏟或鋼管打到預定的加固深度，孔徑為57c

39、m，孔中填入24cm粒徑的小石子至注漿管下端的標高處，然后將20mm鋼管插入孔中，再用0.52.0cm粒徑的小石子填入管子四周約2030cm高，其上用素土填實直到地表。堿液注入灌注桶中，溶液在桶中可用蒸汽管加熱或在桶底直接用火加熱。桶底部焊一帶閥門直徑為20mm的管嘴，外接直徑25mm膠皮管，注堿液時將膠皮管與注液管連接，開啟閥門，溶液即以自流方式滲入注漿孔周圍，形成加固體。堿液加固時的氫氧化鈉消耗量主要取決于土對它的吸收能力，是由土中鈣、鎂離子和有機物含量中細顆粒含量吸收這些成分與氫氧化鈉反應的能力所決定，一般每加固1 m3黃土所需氫氧化鈉的用量約為3545kg，相當于干土重3%左右。為了使

40、更多的氫氧化鈉被土吸收，也可先灌較濃溶液（120130g/L）, 后灌較稀溶液（7080 g/L）。當溶液帶入土中的水量較多時，容易使?jié)裣菪渣S土地基產(chǎn)生較大的附加下沉，因而不宜采用更稀濃度的溶液。注漿孔一般應在基礎兩側或周圍各布置一排，孔距視對地基加固的要求而定。2.3.4 預浸水施工浸水場地的面積應根據(jù)建筑物的平面尺寸和濕陷性黃土層的厚度確定。對于平面為矩形的建筑物，浸水場地的寬度不應小于濕陷性黃土層的厚度，并根據(jù)建筑物的平面尺寸，沿短邊加寬24m，沿長邊加寬58m。對平面為方形或圓形的建筑物，浸水場地的邊長或直徑應大于濕陷性黃土層的厚度，并按建筑物尺寸外延35m。當浸水場地面積較大時，預浸

41、水應分段進行，每段50米左右。浸水前沿場地四周挖土或修筑土埂，高0.5米，并設置地面標點和深標點。浸水后定期觀測標點下沉，至下沉穩(wěn)定為止。自重濕陷性黃土場地一般土質疏松，而且常有裂縫和孔洞分布，在浸水過程中容易發(fā)生“跑水”，給予浸水法施工造成困難，影響處理效果，因此，從一開始注水就仔細觀察，如發(fā)現(xiàn)有裂隙或孔洞“跑水”現(xiàn)象，需及時填土堵塞。浸水初期，水位不宜過高，待周圍地表形成環(huán)形裂縫時在將水位適當提高，“跑水”一般發(fā)生在開始浸水的時候，在第一周內(nèi)要加強觀察?！芭芩眹乐貢r要停止浸水，以便處理。由于濕陷性黃土地區(qū)濕陷黃土的特點，除進行正常和必需的地基處理外，防水措施也是保證濕陷性黃土地基上建筑物

42、安全和正常使用的重要措施之一。由于濕陷性黃土浸水后產(chǎn)生濕陷變形的特點，防止水對地基浸濕而產(chǎn)生變形，對濕陷性黃土地區(qū)的建筑物而言，顯得較為重要，在自重濕陷性黃土地區(qū)，當濕陷性土層較厚時，限于施工技術條件，或進行經(jīng)濟對比認為不合理，而采取消除地基的部分濕陷量，難于達到控制剩余濕陷量的目的，就需要加強防水措施，采取嚴格的防水措施，輔以地基處理，這樣可以消除上部處理土層的濕陷性，減少地基的濕陷量，而且可以減少下部土層的濕陷幾率。而對于非自重濕陷性黃土地基上的一般建筑物，當?shù)鼗臐裣萘枯^小時，可以不進行地基處理，而以防水措施為主，輔以結構措施，這樣做不致產(chǎn)生較嚴重的濕陷事故，這也是在非自重濕陷性黃土地基

43、上的習慣做法，有一定成功經(jīng)驗。另外還有結構措施，即在濕陷性黃土地基上的建筑物在結構設計時應考慮當?shù)鼗l(fā)生濕陷時建筑物仍能保持其整體性和穩(wěn)定性，減少建筑物的不均勻下沉，并減輕建筑物的損壞程度。其結構措施的主要內(nèi)容為：選擇合理的結構和基礎形式，以適應不均勻下沉；加強結構的整體性和空間剛度，以減少不均勻下沉；外墻建筑部件（結構）的強度，減輕濕陷的損害；預留適當凈空，以適應濕陷變形。2.4 結語目前在我國濕陷性黃土地區(qū)最常用的地基處理方法包括：土（或灰土）墊層、重錘夯實和強夯、土（或灰土）樁擠密和樁基礎等?；瘜W加固法由于造價高，一般僅用于濕陷事故處理。高壓旋噴注漿固結法用于新建濕陷性黃土地基處理的實例

44、較少，鉆孔夯擴樁在濕陷性黃土地區(qū)近幾年來應用較多，在濕陷性黃土不同地區(qū)使用時 其孔內(nèi)充填材料有所不同。除上述幾種方法外，預浸水、熱加固、水下爆擴及電火花加固等也曾用于濕陷性黃土地基處理，預浸水法可以消除大厚度黃土地基的自重濕陷性，但其缺點是需水量大，要有一定的水源保證，工期較長，至少需要提前一年進行，浸水后尚需結合其他地基處理方法處理上層土，因而其廣泛使用受到限制，我國目前使用也不是很多。熱加固法可以完全消除部分黃土的濕陷性，大大提高土的承載能力，但加固土體的設備較復雜，加固后土體的強度不夠均勻，我國在20世紀五六十年代曾有過應用，并取得較好加固效果。水下爆擴加密土的方法可用于處理飽和黃土地基

45、或者與預浸水法相結合，在處理自重濕陷性黃土地基時可提高消除濕陷性的效果，加速濕陷的完成。電火花法國外已取得成功的經(jīng)驗，但目前國內(nèi)還沒有使用.實例：強夯法處理濕陷性黃土施工技術（高速公路）1. 強夯法施工原理強夯法又稱動力固結法，是利用重力機械將重830t的夯錘起吊一定高度后，突然釋放，重錘從高處自由下落對地基產(chǎn)生強大的沖擊能，在地基土中產(chǎn)生巨大的應力波來破壞土體原有的大孔隙結構，使土體局部發(fā)生液化，并產(chǎn)生許多裂隙，增強排水通道，使孔隙水逸出，待孔隙水壓力消散后，土體重新固結，承載力提高。同時，強夯還提高了土層的均勻程度，減少路基的差異沉降。2. 強夯法施工控制參數(shù)在大面積開工前，先試夯，在試驗

46、現(xiàn)場沿夯擊點等距離的不同深度以及等深度的不同距離埋設雙管封閉式孔隙水壓力儀或鋼弦式孔隙水壓力儀。在夯擊作用下進行對孔隙水壓力沿深度和水平距離的增長和消散的分布規(guī)律研究，從而確定強夯的有效加固深度，夯點布置及間距、夯擊次數(shù)及遍數(shù)等施工參數(shù)，以便控制施工。（1）有效加固深度H式中 K有效加固深度修正系數(shù)，一般取0.5M錘重，h落距，m.（2）夯擊點布置夯點布置一般采用等邊三角形或正方形網(wǎng)格布設，夯點中心距離由夯錘尺寸、夯錘邊緣外土最大液化寬度確定。先夯擊標有1的夯點，再夯擊標有2的夯點，經(jīng)不同時間測試，通過綜合分析，在兩夯點間挖坑取樣，進行密度檢測，看是否達到設計要求；若不符合要求進行第二遍夯擊，一般黃土夯擊23遍即可。（3）夯點間距夯點間距一般采用下列公式進行計算 d=1.69(+0.385Z)式中 Z設計液化深度，m 夯錘底面半徑，m; 經(jīng)驗系數(shù)，一般取0.65.80； d設計夯點中心距離，。（）夯點的夯擊次數(shù)夯點的夯擊次數(shù)按現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)與夯沉量關系曲線確定，同時滿足下列幾點要求。1）