湿陷性黄土地基处理方案优选的研究.pdf

城市建筑┃地基基础┃URBANISM AND ARCHITECTURE┃SUBGRADEFOUNDATION 121 湿陷性黄土地基处理方案优选的研究湿陷性黄土地基处理方案优选的研究 ■ 张守龙 [摘 要] 湿陷性黄土是一种高压缩性的非饱和欠压密土， 其具有孔隙率大、干密度小及在自重和外力作用下易浸水 下沉等特点。为了提高湿陷性黄土地上建筑结构的安全性， 应按要求对其地基进行处理，并结合工程实际，从经济、 技术上比选出最佳的处理方案。本文在此举例，浅析了湿 陷性黄土地基处理方案的优选。 [关键词] 地基处理 湿陷性黄土 方案优选 湿陷性黄土是一种在上覆土层自重压力或自重 压力与附加压力综合作用下浸水而产生结构破坏或 附加变形的特殊土，其广泛分布在我国的西北、东 北、华东和华中地区，约占我国黄土总面积的 2/3。 从湿陷性黄土的特性来看，在这一类土地上修建工 事时，应将地基湿陷所致的附加沉降考虑其中，通 过合理比选地基处理方案来消除地基湿陷产生的危 害。结合下列案例，浅析湿陷性黄土地基处理方案 的优选某综合楼由 6 层（高 24 m）办公楼、4 层 （18.1 m）厂房、5 层（18.6 m）厂房以及地下车库 （4 m）组成。该建筑工程采用框架结构，并设独立 地基，基础埋深为 6.5 m 及其湿陷性等级为丙类。 据岩土勘察报 告显示， 拟建场地 地面高程 为 415.85～416.28 m，其土层分布及其物理力学指标 详见表 1。 表 1 土层分布及其物理力学指标 编号 岩土特征 层厚 天然含水率 塑限含水率 承载力特征值 1 黄土 1.7～10.5 m 20.9 18.7 150 KPa 2 古土壤 3.2～4.2 m 20.9 19.3 190 KPa 3 粉质粘土 0.6～2.0 m 23.8 18.4 180 KPa 4 中砂 未穿透 - - 320 KPa 岩土勘察报告显示，拟建场地为湿陷等级为 2 级的自重湿陷性黄土，其处理的目的在于通过消除 黄土的湿陷性来增强其地基承载力。目前，湿陷性 黄土地基的处理一般采用强夯法、换土垫层法、挤 密桩法及载体桩法四种。结合表 1，在拟建场地中， 黄土与古土壤的塑限含水量均值为 18.7、19.3， 而其天然含水量均值为 20.9，则其地基处理可采 用挤密桩法，即灰土挤密桩法、孔内深层强夯法； 在案例工程的浅层土体中分布有密实饱和且承载力 较高的中砂层，则可将之选作桩端载体的持力层， 而若选用载体桩基础，则对桩端载体填充料的夯击 可使之附近土体得以加固挤密，从而消除土体的湿 陷性及达到加固地基的目的。因此，案例工程亦可 采用载体桩法来加固湿陷性黄土地基。结合初选结 果，分别从技术、经济两个方面对案例工程的湿陷 性黄土地基处理方案加以比选。 一、 湿陷性地基处理方案在技术上的比选 依据初选结果，灰土挤密桩法、孔内深层强夯 法和载体桩法都可用来处理案例工程的湿陷性黄土 地基，而究竟哪种方案最佳首先从技术上进行比 较 1. 灰土挤密桩法 灰土挤密桩法一般可用来处理厚约 3～15 m 的 湿陷性黄土地基，其设计桩长 4.5 m 以及成孔桩径 400 mm，并在其孔中回填夯实 2︰8 的灰土，同时按 等边三角形的方式布桩，其中桩的排距为 720 mm 及 其中心距为 830 mm。另外，在灰土挤密桩施工结束 后，在其基底设厚 0.5 m 的灰土垫层。通过验证， 复合地基承载力的特征值在桩间土挤密系数≥0.93 及灰土填料压实系数≥0.97 时达 220 KPa，因此与 建筑荷载的要求相符，同时未处理黄土层的湿陷量 ＜150︰200 mm，满足规范的要求。 （1）孔内深层强夯法 孔内深层强夯法（或称 DCC 法）是对灰土挤密 桩法的改进，即用特制重锤夯实桩孔中的灰土，以 消除黄土的湿陷性及提高复合地基的承载力，这也 是灰土挤密桩法与 DDC 法在设计上唯一的不同。论 证发现，复合地基承载力的特征值在桩间土挤密系 数≥0.93及灰土填料压实系数≥0.97时达540 KPa， 与建筑荷载要求相符，同时未处理黄土层的湿陷量 ＜150～200 mm，满足规范的要求。 （2）载体桩法 载体桩法是一种新型的桩基础，其由混凝土桩 身和桩端复合载体组成。其中，桩端复合载体由深 层土地填料挤密而成，具体呈球状分布，而其上部 荷载经混凝土桩身传至桩端载体，并进一步扩散至 深层土体，此时载体桩所获得的单桩承载力极高。 另外，载体桩基础可直接经梁或承台与上部结构连 接及可在其桩端载体中填充工业废料、碎石和建筑 垃圾等。因此，无论在施工周期、建设成本或环保 上，都极具优势。在本案例中，载体桩基础的桩端 载体以中砂层为持力层，其设计桩长与桩径为 10 m、 450 mm。另外，桩端填料量应≤1.8 m 3，并将桩端至 持力层最后 3 击的贯入度控制在 10 cm 或以下，同 时桩身采用 C35 混凝土及其配筋选用 8Φ16。通过 论证，载体桩单桩承载力的设计特征值是 1 200 KN， 而按 JGJ135-2007 计算出其实际特征值是 1 500 KN， 与承载力要求相符。另外，当桩基础用在湿陷性黄 土地基时，通常应将桩侧负摩阻的影响考虑其中， 但这一方案的设计桩长≤10 m，则按规程可直接忽 略桩侧阻力的影响。 二、 湿陷性黄土地基处理方案在经济上的比选 为了进一步论证三种地基处理方案的应用价 值，主要从经济性角度加以比选，具体通过造价与 工期的分析来讨论三种方案的经济性 1. 造价分析 针对灰土挤密桩法、孔内深层强夯法和载体桩 法三种湿陷性黄土地基处理方案的造价，具体分析 如下挤密桩法要求将处理范围外扩一定距离，但 可将一部分开挖土体填在桩孔中，因此与载体桩法 相比，挤密桩法的基坑开挖面积较大，产生的费用 较高，但其土方外运的费用较低，注意基底灰土垫 层产生的费用包含在挤密桩法中的基坑开挖回填费 用中；DDC 法要求用特制重锤来对桩间土进行夯实， 则其在打桩上的费用高于灰土挤密桩法；载体桩法 的工艺复杂且单桩桩体较长，则其在打桩上产生的 费用高于挤密桩法，但当采用载体桩法时，仅需浇 筑连梁和承台即可，则其主体基础的费用更低。 2. 工期分析 挤密桩法的施工工期比载体桩基础方案的施工 工期更长，究其原因包括虽然挤密桩法的单桩施 工耗时较短，但由于桩体总数较多，则夯实桩孔中 灰土总的耗时较长；挤密桩法在成桩后会耗费较长 的时间来检测复合地基的承载力，即需对桩间土及 桩身分别进行取样检测，但载体桩基础仅要求检测 单桩承载力和桩身的完整性；挤密桩法的施工对天 气的要求较为严格。 三、 结语 综上所述，与挤密桩法相比，载体桩的施工工 期短、造价低及单桩承载力高，因此在本案例工程 中应优选载体桩法。另外，在选择湿陷性黄土地基 处理方案时，应在满足地基沉降和承载力要求的条 件下，从造价和工期上进行方案比选，从而从备选 方案中选择一个最能满足工程实际的方案。总之， 在本案例工程中，地基土体中分布有承载力较高的 持力层，同时地面工程采用了框架结构，则载体桩 基础为最佳的湿陷性黄土地基处理方案。 参考文献 [1]田耀文，杜小川.大厚度湿陷性黄土地基处理方 法[J].甘肃科技， 2011， 2719 147-148， 151. [2]刘建霖，樊保民.价值工程在湿陷性黄土地基处 理中的应用[J].城市建设理论研究电子版， 201220. [3]孔繁馨.强夯处理湿陷性黄土的试验研究[J].铁 道建筑技术，20111068-74. （作者单位 吉林梦溪工程管理有限公司，吉林 132021）