非擠密法處理濕陷性黃土地基的探討

張顯飛 朱武衛(wèi)

（陜西省建筑科學(xué)研究院 710082 西安）

1、前言

黃土在我國的分布大約在64萬km2，其中濕陷性黃土約占其中60%左右，主要分布在黃河中游地區(qū)。目前，處理黃土濕陷性常用的方法有強夯、置換、擠密等。由于擠密樁法處理濕陷性黃土地基其經(jīng)濟(jì)實用性及處理效果好（能夠同時提高承載力、減小沉降量、消除濕陷性），是目前最有效的處理方法。上述方法均采用對地基土擠密的方法，進(jìn)而達(dá)到消除地基土濕陷性的目的。

2、國內(nèi)現(xiàn)狀

在陜西渭北，甘肅，寧夏等地，由于這些地區(qū)均屬氣候干旱區(qū)域，建筑場地地基土含水率較低，這在進(jìn)行消除地基濕陷性處理時，由于黃土結(jié)構(gòu)強度較大，現(xiàn)今普遍采用的處理方法均難以達(dá)到消除濕陷的目的，或者技術(shù)經(jīng)濟(jì)上很不合理，對在該地區(qū)的建筑設(shè)計、施工等均造成了很大困擾。

鑒于此，根據(jù)多年來的工程實踐，結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗及黃土特征，部分濕陷性黃土地區(qū)均總結(jié)了適合于自身特點的一些規(guī)律，并由此形成了不同的區(qū)域性的法規(guī)、規(guī)程或意見稿等形式的對濕陷性黃土處理的有別于《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）的地方性處理方式，如：

①陜西省結(jié)合本地工程經(jīng)驗及相關(guān)科研成果，于2006年發(fā)布并實施了《擠密樁法處理地基基礎(chǔ)規(guī)程》，針對陜西省境內(nèi)普遍采用的擠密樁法處理濕陷性黃土地基的情況，提出了較為寬松的濕陷性消除標(biāo)準(zhǔn)，即以處理后樁間土的平均擠密系數(shù)作為地基土濕陷性是否消除的判定依據(jù)，摒棄了一定要所有場地土樣濕陷性消除的標(biāo)準(zhǔn)，明確了地基土濕陷性是否消除與場地內(nèi)所有地方土均無濕陷性不是對等關(guān)系。該規(guī)程自實施以來，工程應(yīng)用情況良好，未出現(xiàn)不良工程案例。

②甘肅省在《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）發(fā)布以后，由于在執(zhí)行乙類、丙類建筑地基處理時的剩余濕陷量規(guī)定時，有的工程依靠國內(nèi)外現(xiàn)有的常規(guī)工程手段，很難滿足規(guī)范條文所規(guī)定的剩余濕陷量限值要求，若嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范規(guī)定，則工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性非常不合理。為此，形成了相應(yīng)的處理《說明》，甘肅省據(jù)此形成了《甘肅省大厚度濕陷性黃土場地工程處理措施暫行規(guī)定》。《暫行規(guī)定》對乙級、丙級建筑地基處理當(dāng)受水浸濕的可能性較小時的剩余濕陷量進(jìn)行了適當(dāng)放寬。

3、非擠密法處理濕陷性黃土地基的探討

擠密樁復(fù)合地基作為復(fù)合地基的一種類型，其作用一方面是消除地基土的濕陷性；另一方面是提高地基土的承載能力，其方法是當(dāng)復(fù)合地基受荷載時，樁與土的變形模量不一致，使得變形模量較小的土的部分荷載轉(zhuǎn)移至變形模量較大的樁上，在其達(dá)到平衡點時，兩者變形一致共同作用，因此，樁間土的實際荷載小于基底平均壓力。

對于非自重濕陷性黃土，其發(fā)生濕陷是有條件的，即其上覆壓力大于濕陷起始壓力。據(jù)此，在既定樁徑條件下，某一樁距的復(fù)合地基在上部荷載作用下，考慮到樁間土浸水軟化以后強度變化，經(jīng)荷載轉(zhuǎn)移后，樁間土承受的實際壓力小于濕陷起始壓力時，理論上講即便地基浸水，地基土也不會濕陷，建筑物依然是安全的；如果當(dāng)樁間土分擔(dān)的壓力大于濕陷起始壓力，則與基礎(chǔ)接觸面以下部分土將發(fā)生濕陷變形，樁間土承載能力下降或消失，上部荷載進(jìn)一步轉(zhuǎn)移至樁體上，如此，下部濕陷性土層由于上覆壓力不再增加而不會發(fā)生濕陷（這與《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》規(guī)定的非自重濕陷性黃土樁側(cè)阻力計算方法一致）。而當(dāng)樁身材料不同（主要指強度不同）時，由于和樁間土的強度差異不同，其受荷后荷載轉(zhuǎn)移的量亦不相同，因此不同材料的樁形成的復(fù)合地基在滿足地基土不濕陷（即地基土分擔(dān)的壓力小于濕陷起始壓力）條件下，其臨界樁距將不同。

現(xiàn)有的研究資料亦證明了上述分析：擠密樁復(fù)合地基在剛性矩形基礎(chǔ)在均布荷載作用下，素土樁上的接觸應(yīng)力與樁間擠密土上的應(yīng)力并無明顯的變化，同一部位的樁土應(yīng)力比，部分夯填質(zhì)量較高的土樁，樁土應(yīng)力比也僅達(dá)到1.6～ 1.8；而灰土樁具有一定的膠凝強度，其變形模量超過樁間土10倍左右，因而在基底下灰土樁面上的應(yīng)力高于樁間土近十倍，樁體承擔(dān)著近一半荷載。已有研究資料表明，當(dāng)剛性壓板上的均布壓力為150kKPa時，灰土樁上的應(yīng)力已超過600KPa，而樁間土的應(yīng)力為（50～100）KPa，兩者的應(yīng)力分擔(dān)，浸水后應(yīng)力比值進(jìn)一步增大。計算分析表明，僅占基底面積約20%的灰土樁，承擔(dān)著總荷載的50%左右；其余則由占80%面積的樁間土分擔(dān)，從而使樁間土上的壓力可降低33%～67%。在基底下一定深度內(nèi)，由于灰土樁具有分擔(dān)荷載和明顯降低土中應(yīng)力的作用，使持力層內(nèi)地基土的壓縮變形和濕陷變形量顯著降低或消失。陜西張橋浸水載荷試驗證明，在樁間土未能完全消除陷性的情況下，土樁擠密地基的浸水陷量仍超過了200mm，而灰土樁擠密地基在同一條件下的濕陷量則基本消除，下表所列為同類場地通過基底應(yīng)力測試結(jié)果求得的灰土樁與素土樁擠密地基的樁土應(yīng)力比與荷載分擔(dān)百分率。由于灰土具有一定的膠凝強度和較高的變形模量，故灰土擠密地基浸水前后的樁土應(yīng)力比高達(dá)6.6～15.6，樁體分擔(dān)荷載率為39.2%～61.8%，即灰土樁體承擔(dān)一半左右的荷載，從而對樁間土具有卸荷減壓作用；而素土樁擠密地基的樁土應(yīng)力比僅為1.3～2.4，其樁體分擔(dān)荷載率為12.4%～28.9%，近于或略高于其面積置換率。

灰土樁與素土樁擠密地基樁土應(yīng)力比及樁體分擔(dān)荷載百分率

由上述資料可以推斷，當(dāng)置換樁更換為強度更大的水泥土樁或素混凝土樁后，在上部荷載作用下，樁土應(yīng)力比與素土、灰土樁相比將進(jìn)一步增大，進(jìn)而使樁間土的荷載分擔(dān)比進(jìn)一步降低，也使得在非自重濕陷性黃土場地采用非擠密法處理的可能性提高。

4、結(jié)語

傳統(tǒng)的擠密法在處理含水率較低或大厚度濕陷性黃土場地時，施工困難且難以達(dá)到預(yù)期效果。本文通過對已有研究資料的分析比較，并通過理論分析，探討了在非自重濕陷性黃土場地采用采用非擠密法處理的可能性，若通過試驗驗證后，將為解決上述問題開辟一條新的設(shè)計方法，對濕陷性黃土地區(qū)地基處理具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

楊鴻貴、《地基處理的設(shè)計與應(yīng)用》，2008(10)

龔曉楠、《地基處理手冊》（第三版），2008

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會 文徑網(wǎng)絡(luò)：劉軍 呂琳琳 編輯 劉真 文徑 審核)