湿陷性黄土地基的常用处理方简介及实例
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摘要：介绍了湿陷性黄土发生湿陷的机理以及工程中常用的处理湿陷性黄土地基的方法，并根据处理方法对陕西东鑫垣化工有限责任公司在建项目提出了处理意见。
关键词： 湿陷性黄土 湿陷机理 处理方法
1.引言
黄土是一种在我国干旱和半干旱地区广泛分布的区域性土。天然状态下的黄土强度较高，压缩性小。但具有湿陷性的黄土遇水浸湿后，结构迅速破坏，发生显著的下沉，其强度也随之迅速下降，具有极大的危害性。我国黄土地区面积约达60万平方公里，其中湿陷性黄土约占四分之三，主要分布于西北、华北、东北地区。在湿陷性黄土地区，地基土遇水浸湿后产生下沉，造成房屋建筑产生裂缝，影响使用，甚至坍塌的重大事故，造成巨大的损失。随着在湿陷性黄土地区大规模工程建设事业的发展，深入研究黄土的湿陷性，具有十分重要的现实意义。而如何合理治理和控制湿陷性黄土的湿陷变形，研究黄土湿陷产生的根源和影响因素就极为关键和重要，其学术意义和工程实践价值十分显著。
2.黄土的湿陷机理
对于黄土湿陷产生的机理，人们进行了大量的研究，归纳起来主要有以下几种：
（1）毛细管作用说。这种假说起源于太沙基的毛管弯液面理论，认为黄土的湿陷是由于黄土饱水时粒间弯月形液面消失的缘故。在砂粒周围聚集有细粉土颗粒，砂粒之间依靠毛细张力联结，如果在孔隙水中悬浮有黏土片，则在水分蒸发过程中由于粒间毛细水弯液面的退缩，会在颗粒周围形成絮状联结，给颗粒以支托作用。当水浸入土中不仅毛细连接力消失，且支托也将分散，削弱粒间联结作用，从而产生湿陷。
（2）溶盐假说。黄土中有大量的可溶盐，当黄土中含水量较低时，易溶盐处于微晶体状态，附在颗粒的表面，起着胶结作用。受水浸湿后，盐晶溶解，胶结作用消失，造成黄土湿陷。对于这一假说，拉里昂诺夫[30]认为易溶盐在黄土中只是以溶解状态处于孔隙溶液中，因此湿陷过程中不存在易溶盐的溶解问题。但易溶盐即使处于溶解状态也会影响到粒间作用力的大小，而浸水必然会改变孔隙水溶液的电解质浓度。
（3）胶体不足说。黄土的湿陷性是含有尺寸小于0.005mm的颗粒少于10%的土固有的性质，这种土缺少胶体分散部分。如果有足够数量的胶体时，膨胀过程会防止湿陷的发生。
（4）水膜楔入说。粒间吸附水膜由于含水量降低或者粒间压力增大而使水膜变薄，粒间水膜越薄粒间凝聚强度就越高。变薄的水膜由于颗粒表面水化能作用，而有力图恢复到原来厚度的趋势。因此当土中含水量增加，水就具有楔入作用，使粒间距离拉开，从而水膜变厚，联结强度降低，从而产生湿陷。
（5）欠压密理论。认为在干旱、少雨的气候条件下，黄土在沉积过程中由于水分不断蒸发，土粒间的盐类析出，胶体凝固，形成固化黏聚力，从而阻止了上部土体对于下部土体的压密作用而成为欠压密状态，久而久之就形成了高孔隙比、低湿度的湿陷性黄土。在受水浸湿状态下，固化黏聚力消失，产生湿陷。
3.1换填垫层法
换填垫层法也称换填法或垫层法，是当建筑物的地基土比较软弱，不能够满足上部荷载对地基强度和变形的要求时，将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填密度大、强度高、水稳定性好的砂、碎石或灰土等的方法。可用于处理湿陷性土、冻胀土、膨胀土、素填土、杂填淤泥、淤泥质土及暗塘、暗沟、古墓、古井，或者拆除旧基础后的坑穴等的地基处理。对于承受振动荷载的地基，不应选择换填垫层法进行换填处理。
3.2重锤夯实法
重锤夯实法是将重锤（通常为2～3t）提到一定的高度（通常为4～6m），然后使其自由下落，一夯挨一夯如此重复夯打地基土的方法。一般可消除1.0～2m厚土体的湿陷性。在夯实层的范围内，土体的物理力学性质得到明显改善，湿陷性消除，平均干密度显著增大，压缩性降低，承载力提高，透水性减弱。对于非自重湿陷性黄土地基，由于其湿陷起始压力比较大，所以当使用重锤处理部分湿陷性黄土层后，可以减少甚至消除黄土地基的湿陷变形，因此在非自重湿陷性黄土场地选用重锤夯实的优越性比较明显。
3.3挤密法
挤密法是采取一定的措施，通过挤密作用，使深层土体密实，使地基土的孔隙比减小、强度提高，从而达到深层地基处理的目的。根据回填材料的不同，可将挤密法分为不同的方法，常见的有：土挤密桩法、灰土挤密桩法、渣土桩挤密法、砂桩挤密法、石灰桩挤密法等。其中土挤密桩法和灰土挤密桩法常用于湿陷性黄土地基的处理。
3.4预浸水法
预浸水法是利用湿陷性黄土浸水后产生自重湿陷的特性，施工前在场地内挖坑进行大面积浸水，使土体产生自重湿陷，从而达到消除黄土的湿陷性的目的。本法需要充足的水量，处理时间较长（约3～6个月）。适于Ⅲ、Ⅳ级自重湿陷性场地6m以下的处理，6m以上尚应采用垫层等方法进行处理。可处理土层厚度大于10m、自重湿陷量Δzs≥50cm的场地。
3.5灌注（预制）桩基础
设置在湿陷性黄土场地上的桩基础，桩周土体受水浸湿后，桩侧的阻力大幅度减小，甚至消失，当桩周土产生自重湿陷时，桩侧的正摩阻力迅速转化为负摩阻力。因此，在湿陷性黄土场地上，宜采用穿透湿陷性黄土层的端承型桩（包括端承桩和摩擦端承桩）；当采用摩擦型桩时，需充分考虑其负摩阻力。
4.工程实例分析
陕西东鑫垣化工有限责任公司位于榆林市府谷县庙沟门镇，是陕煤集团投资建设的重点煤化工项目。庙沟门地区为典型的湿陷性黄土地区，给工程建设带来了许多麻烦。
案例1：在东鑫垣厂前区3#至6#倒班宿舍楼设计图纸中，卫生间隔墙基础做法为素土回填夯实后，浇筑25cm厚素混凝土基础，具体做法见附图，因陕北地区为湿陷型黄土，在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏可能引起上部墙体变形或下沉。经现场讨论后决定对其变更，即将原素混凝土基础变更为在基础墙体上支撑的钢筋混凝土基础梁，在施工难度及工程成本并未产生较大变化的同时，避免了因地基回填土浸水造成卫生间隔墙基础下沉。
案例2：在东鑫垣3#至6#倒班宿舍楼室内地沟设计图纸中，地沟基础做法为素土夯实，浇筑100mm厚C15素混凝土垫层，鉴于陕北地区多为湿陷性黄土，地沟基础素混凝土易遇水下沉，经对现场地质情况分析并于设计院沟通后建议混凝土垫层下增设钢筋网片φ6@200，单层双向布置。此变更方案防止了地沟混凝土垫层断板裂缝，致使浸水引起地面下沉问题。
案例3：在东鑫垣临时食堂设计图纸中，操作间排水沟为素混凝土排水沟，水沟做法为C25混凝土浇筑，长度为10m，沟壁和沟底厚度均为15cm，水沟一次浇筑成型。因水沟为素混凝土浇筑，且长度超过10m，经过对现场情况进行分析，水沟底部砼可能因收缩裂缝而浸水，所以建议采用5mm厚钢板焊接成水沟，座浆铺设于沟槽内。
参考文献
[1]王永炎,腾志宏.黄土与第四纪地质[M].西安:陕西人民出版社,1982.
[2]雷祥义.中国黄土的孔隙类型与湿陷性[J].中国科学1987.