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濕陷性黃土地基處理研究
黃土濕陷性對(duì)人類工程活動(dòng)危害很大，常使建筑物、渠道、庫岸、道路護(hù)坡造成破壞。以下是yjbys小編收集整理的濕陷性黃土地基處理研究論文，和大家一起分享。
摘要：通過梳理濕陷性黃土成因及各地基處理方法的適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合黃韓侯鐵路房屋濕陷性黃土地基處理方案的工程實(shí)例，以技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方式，得出了濕陷性黃土地區(qū)鐵路房屋地基處理的一般方法，對(duì)濕陷性黃土地區(qū)鐵路房屋的修建具有很好的借鑒作用。
關(guān)鍵詞 ：濕陷性黃土;鐵路房屋;地基處理墊層法;擠密法
濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，具有在自重或外部荷重下或二者共同作用下，受水浸濕后結(jié)構(gòu)迅速破壞發(fā)生突然下沉的性質(zhì).它在中國(guó)分布廣泛，主要集中在山西、陜西、甘肅大部分地區(qū)以及河南西部.此外，新疆、山東、遼寧、寧夏、青海、河北及內(nèi)蒙古的部分地區(qū)也有分布，但不連續(xù).
鐵路房屋是鐵路生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)的核心，發(fā)揮著指揮、調(diào)度、監(jiān)控、服務(wù)等作用，對(duì)整個(gè)鐵路的安全運(yùn)營(yíng)起著十分重要的作用，是整體鐵路系統(tǒng)中不可缺少的一部分.鑒于濕陷性黃土的危害性和鐵路房屋的重要性，在濕陷性黃土地區(qū)的鐵路站房建設(shè)，必須采取處理措施，以保證站房結(jié)構(gòu)的安全.
由于國(guó)內(nèi)對(duì)鐵路房屋濕陷性處理措施的專項(xiàng)研究和實(shí)例介紹不多，本文特從理論與實(shí)踐相結(jié)合的角度對(duì)此問題展開論述.
1 黃土的濕陷機(jī)理及防止措施
1.1 黃土的濕陷性機(jī)理
黃土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和膠結(jié)物質(zhì)的水溶特性決定了黃土濕陷的機(jī)理[1].濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔和垂直節(jié)理，在天然濕度下，其壓縮性較低，強(qiáng)度較高，但遇水浸濕時(shí)，土的強(qiáng)度顯著降低，在附加壓力或在附加壓力與土的自重壓力下引起的濕陷變形，是一種下沉量大、下沉速度快的失穩(wěn)性變形.造成黃土濕陷的原因可總結(jié)為：
(1)黃土的力學(xué)性質(zhì)從內(nèi)部改變了黃土在浸水及外部荷載因素下，使剪應(yīng)力超過抗剪強(qiáng)度，從而發(fā)生濕陷.
(2)黃土內(nèi)部受浸水濕化作用下，使土壤自身摩擦力降低，外部擾動(dòng)作用誘發(fā)濕陷.
(3)黃土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生崩解，使黃土顆粒間膠結(jié)強(qiáng)度弱化，顆粒間相對(duì)遷移，并伴隨小顆粒進(jìn)入大間隙.同時(shí)由于顆粒間膠結(jié)被水溶解，在外部擾動(dòng)作用下強(qiáng)度已不堪平衡，造成土質(zhì)結(jié)構(gòu)損壞.
1.2 濕陷性黃土的防止措施
黃土濕陷性對(duì)人類工程活動(dòng)危害很大，常使建筑物、渠道、庫岸、道路護(hù)坡造成破壞.筆者認(rèn)為，改變濕陷性黃土的結(jié)構(gòu)特性是防止黃土濕陷性的核心，而防止或減小建筑物地基浸水濕陷則是防止黃土濕陷性的關(guān)鍵點(diǎn).
防止?jié)裣菪渣S土地基濕陷的綜合措施主要有地基處理、防水措施和結(jié)構(gòu)措施三種.其中地基處理措施主要用于改善土的物理力學(xué)性質(zhì)，減小或消除地基的濕陷變形;防水措施主要用于防止或減少地基受水浸濕;結(jié)構(gòu)措施主要用于減小或調(diào)整建筑物的不均勻沉降，或使上部結(jié)構(gòu)適應(yīng)地基的變形[2].三種措施作用、功能、側(cè)重點(diǎn)各不相同，在實(shí)踐中要采取以地基處理為主的綜合措施，標(biāo)本兼治，突出重點(diǎn)，消除隱患.
防止黃土濕陷性的地基處理措施主要有以下幾種：
(1)墊層法：包括土墊層和灰土墊層，是將基底以下濕陷性土層部分或者全部挖除，用2:8或3:7灰土局部或整片進(jìn)行換填并分層夯實(shí)，適用于消除基底以下 1～3m的濕陷性黃土.具有施工簡(jiǎn)易、快捷、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，但這種措施處理的黃土厚度有限，不適用于較厚的濕陷性黃土地層，還需做好防水，地面水及管道漏水仍可能滲入土層引起不均勻沉降.
(2)強(qiáng)夯法：是反復(fù)將夯錘(10～60t)提到一定高度(10～40m)使其自由落下，給地基以沖擊和振動(dòng)能量，從而提高地基承載力、降低其壓縮性，改善地基性能.該法設(shè)備簡(jiǎn)單、工期短、節(jié)省勞力材料、造價(jià)低廉.處理深度一般在3～7m，對(duì)非自重濕陷性黃土效果明顯.它要求場(chǎng)地有足夠空間，對(duì)土壤含水量要求高，且施工造成的震動(dòng)大，對(duì)周圍建筑有影響，不適宜在城區(qū)使用，施工前試驗(yàn)和完工后檢驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)(30d).
(3)擠密法：是用灰土或土層夯實(shí)的樁體，形成增強(qiáng)體，與擠密的樁間土一起組成復(fù)合地基，共同承受基礎(chǔ)的上部荷載.成孔擠密主要有沉管、沖擊、夯擴(kuò)、爆擴(kuò)等方法，適用于厚度在3～15m的濕陷性黃土，由于樁體和樁間土的雙效作用使得擠密法地基處理的整體效果好，不但消除或部分消除了黃土的濕陷性，還提高了地基土的承載力、增強(qiáng)了其水穩(wěn)性.
(4)預(yù)浸水法：宜用于處理厚度大于10m，自重濕陷量的計(jì)算值不小于 500mm的場(chǎng)地.浸水結(jié)束后，地面6m以下濕陷性可全部消除，地面6m以內(nèi)濕陷性也可大幅度減小，但該法耗時(shí)太長(zhǎng)，往往影響工期，需水量也大，缺水地區(qū)不適用.浸水使場(chǎng)地周圍地表下沉開裂，容易影響附近建筑物的安全，所以規(guī)定至既有建筑物的距離不小于50m，而且一般在浸水結(jié)束后，還需進(jìn)行補(bǔ)充勘察工作，重新評(píng)定地基土的濕陷性，并采用墊層或其他方法處理上部濕陷性黃土層，無形中增加了成本、延長(zhǎng)了工期.
當(dāng)以上地基處理措施都不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可采用樁基礎(chǔ)來消除黃土的濕陷性，此法安全可靠，但是投資費(fèi)用較大.
2 工程實(shí)例
2.1 鐵路車站站房綜合樓
黃韓侯鐵路新建白水、澄城、合陽北站站房在陜西省渭南市境內(nèi)，位于隴東—陜北—晉西的濕陷性黃土帶上，此地區(qū)自重性黃土分布廣泛，厚度一般大于10m，地基濕陷等級(jí)一般為3～4級(jí)，濕陷性較敏感.經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔檢測(cè)，三站均為4級(jí)自重性濕陷性黃土，與《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范(GB 50025-2004)》判定一致.以澄城站站房施工場(chǎng)地為例，土層從上至下分布為：
(1)人工填土：厚約1.1m.
(2)黏質(zhì)黃土：厚約23.8m，黃褐色，成份以黏粒為主，黏性一般，土質(zhì)均勻，土體結(jié)構(gòu)疏松，可見針狀孔隙及蟲孔，含少量鈣絲及鈣質(zhì)結(jié)核，巖芯呈散塊狀及短柱狀，其中：15.10～15.70m含大量鈣絲，17.80～19.00m含大量鈣質(zhì)結(jié)核，具IV級(jí)自重濕陷性.fak=150kPa.(3)砂質(zhì)黃土: 厚約1.3m，棕褐色，成份以黏粒為主，黏性一般，土質(zhì)均勻，土體結(jié)構(gòu)較緊密，可見少量針狀孔隙，硬塑，巖芯呈短柱狀，具IV級(jí)自重濕陷性.fak=150kPa.
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)探孔檢測(cè)，白水站和合陽北站站房與澄城站房一樣，均為IV級(jí)自重濕陷性黃土，且厚度較大.站房為300人小型鐵路車站站房，房屋結(jié)構(gòu)采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主體1層，局部2層，建筑高度12m，建筑面積2500m2，設(shè)計(jì)使用年限為50年，房屋基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí).
設(shè)計(jì)要求處理后復(fù)合地基承載力特征值不小于180kpa，樁間土平均擠密系數(shù)不小于0.93.
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況、房屋結(jié)構(gòu)及國(guó)家有關(guān)規(guī)范的要求綜合分析測(cè)算，對(duì)三站站房地基采用灰土擠密樁的方式進(jìn)行處理.灰土擠密樁材料按2：8配合比，樁徑400mm，樁長(zhǎng)度為10m，梅花狀布樁，樁距900mm.施工完畢后，經(jīng)檢測(cè)三站站房復(fù)合地基承載力特征值為225kPa，樁間土平均擠密系數(shù)大于0.93，地基承載力提升明顯，滿足設(shè)計(jì)要求。
2.2 單層小型砌體房屋
黃韓侯鐵路韓城車站待檢室及清掃房位于陜西省韓城市韓城火車站內(nèi)，擬建房屋地質(zhì)資料如下：
(1)雜填土：由粉質(zhì)粘土與大量磚瓦碎片組成，結(jié)構(gòu)雜亂，土質(zhì)不均，厚約1m，Ⅱ級(jí)普通土.
(2)黏性黃土：分布于填土底面以下，黃褐色，硬塑—可塑，蟲孔及大孔隙發(fā)育，具濕陷性，工程場(chǎng)地均有分布，屬中等壓縮性土.厚約10m，底部為棕紅色古土壤層.Ⅱ級(jí)普通土.fak=120kpa，具Ⅲ級(jí)自重濕陷性.
待檢室及清掃房建筑面積68.64m2，層數(shù)1層，層高3.6m，結(jié)構(gòu)形式為磚混，設(shè)計(jì)使用年限為50年，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)，基礎(chǔ)采用柱下墻下條形基礎(chǔ)，要求處理后的地基承載力特征值不小于180kpa.
地基處理采用基底以下?lián)Q填3m厚3:7灰土墊層，每邊寬出基礎(chǔ)邊不小于1.5m，墊層分層夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不小于0.97.用換填法處理地基后，壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，地基承載力特征值為195kpa，滿足設(shè)計(jì)要求.
2.3 多層框架房屋
(3)黃韓侯鐵路芝陽站運(yùn)轉(zhuǎn)綜合房屋，建筑面積639.52m2，二層框架結(jié)構(gòu)，層高8.9m.擬建房屋地質(zhì)資料為：黏性黃土：淺棕黃—黃褐色，厚度大于 20m，土質(zhì)均勻，夾有鈣質(zhì)網(wǎng)膜及零星姜石，硬塑，Ⅱ普通土，fak=150kpa，屬自重型濕陷性黃土，濕陷等級(jí)Ⅳ級(jí)，濕陷土層厚度約25～35m.地表水不發(fā)育.鉆孔深度未見地下水，土壤凍結(jié)深度37cm，要求地基處理后復(fù)合地基承載力特征值不小于180kpa.
擬采用3：7灰土擠密樁進(jìn)行地基處理，樁長(zhǎng)6m，樁徑450mm，等邊三角形布樁，樁距1000mm.但由于現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地不能滿足灰土擠密樁處理寬度的要求，經(jīng)計(jì)算，將地基處理方案修改為3:7灰土換填處理地基，處理厚度為基底下3m，寬出基礎(chǔ)邊緣各2m，灰土壓實(shí)系數(shù)不小于0.95.
現(xiàn)場(chǎng)施工完畢后，經(jīng)檢測(cè)，地基承載力特征值大于180kpa，滿足設(shè)計(jì)要求.
2.4 工程造價(jià)分析
從上表可以看出，對(duì)鐵路房屋的重要建筑如火車站站房由于其重要性宜采用灰土擠密樁進(jìn)行地基處理以保證其結(jié)構(gòu)的安全性，其他房屋宜采用換填灰土墊層的方法對(duì)地基進(jìn)行處理，相較擠密法既能有效節(jié)省工期、又能顯著降低造價(jià)，可作為鐵路一般房屋處理濕陷性黃土的首選方法.
3 結(jié)語
(1)本文以陜西黃韓侯鐵路房屋濕陷性黃土地基處理為例，針對(duì)房屋所處的現(xiàn)場(chǎng)情況和地質(zhì)條件，論述了采取的墊層法和擠密法的房屋地基處理方案，并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，得出了鐵路站房適用灰土擠密法、一般房屋適用墊層法進(jìn)行濕陷性黃土地理處理結(jié)論.
(2)目前對(duì)濕陷性黃土的研究成果主要集中在地方民建方面，鐵路方面主要集中在對(duì)路基的處理方面[3，4]，對(duì)鐵路房屋的研究極少、類型也單一[5].由于鐵路房屋的特殊性，下一步應(yīng)加強(qiáng)濕陷性黃土地區(qū)鐵路房屋地區(qū)地基處理方法的探索和研究，尤其是地方民建較少使用的其他技術(shù)(如DDC樁、鉆孔灌注樁、震動(dòng)碎石樁等)，注意案例的收集和數(shù)據(jù)的積累，以推動(dòng)濕陷性黃土地基處理技術(shù)的發(fā)展.
(3)在濕陷性黃土地基處理時(shí)，要根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025)、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79)的要求，結(jié)合所建建筑物的特點(diǎn)、地質(zhì)條件、要求的地基承載力、施工難易程度、節(jié)省投資等方面，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇最合適的房屋地基處理方案，避免資源的浪費(fèi).
(4)灰土擠密樁的施工機(jī)械屬大型施工機(jī)械，由于成本原因，現(xiàn)在使用的機(jī)械都較為陳舊，因此要研究一套切實(shí)可行的安全控制方法和安全操作規(guī)程，確保施工安全.
(5)濕陷性黃土房屋地基經(jīng)過地基處理后濕陷性消除或降低，能達(dá)到建筑物荷載的要求，但是我們?cè)趯?shí)踐中還應(yīng)該采取結(jié)構(gòu)(如考慮框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)內(nèi)外設(shè)置變形縫等)、防水(如擴(kuò)大站房外散水的寬度、增加防水卷材等)等措施，繼續(xù)結(jié)構(gòu)、防水、維護(hù)這方面的研究和探索，在實(shí)踐中不斷探索防止?jié)裣菪渣S土的方法，防止地基濕陷對(duì)建筑物的危害.
參考文獻(xiàn)：
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(2)GB 50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].79.
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(4)趙如意.黃韓侯鐵路濕陷性黃土地基處理措施研究與設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013(5)：113.
(5)袁二麗.濕陷性黃土地段房屋地基處理方案及造價(jià)分析[J].鐵路工程造價(jià)管理，2013(3)：8-10.
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