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桩基施工遇到湿陷性黄土,怎么办?

桩基负摩阻产生的一个主要原因是遇到湿陷性黄土。那么,湿陷性黄土的概念是什么,有些什么处理方式呢?
       一、湿陷性黄土的概念:
      黄土:黄色粉土沉积物,我国黄土主要分布在昆仑山、秦岭、泰山、鲁山连线以北的干旱、半干旱地区。原生黄土以黄河中游发育最好,主要是山西、陕西、甘肃东南部和河南西部以及其余地区的零星分布。分湿陷性和非湿陷性两种,湿陷性黄土是一种十分特殊的土质,属于砂壤土的范畴,但其性质又与砂壤土有所不同,在天然状态下具有肉眼能看见的大孔隙,天然剖面呈竖直节理、颗粒粗,土质干燥,颜色在干燥时呈淡黄色,稍湿时呈黄色,湿润时呈褐黄色;吸水及透水性较强,塑性粘聚力差,不易粘结,土样浸入水中后,很快崩解;在干燥状态下,有较高的强度和较小的压缩性;遇水后土的结构迅速破坏发生显著的附加下沉,产生严重湿陷。
因此,该种土体材料不能直接作为建筑物的地基,在黄土地区建筑房屋时,应对湿陷性黄土地基有可靠的判定方法和全面的认识,并采取正确的工程措施,防止或消除它的湿陷性。


黄土湿陷
      湿陷性黄土:在上覆土层自重压力作用下,或者在自重压力和附加压力共同作用下,因浸水后土的结构破坏而发生显著附加下沉的土称为湿陷性土。分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种。自重湿陷性黄土在上覆土层自重压力下受水浸湿后,发生显著附加下沉;在自重压力下受水浸湿后不发生显著附加下沉,需要在自重压力和外荷引起的附加压力共同作用下,受水浸湿才发生显著附加下沉的称为非自重湿陷性黄土。下图为我国湿陷性黄土工程地质分区图,主要分布在山西、陕西、甘肃、内蒙古和新疆等地区。

      二、湿陷性黄土的危害:
      湿陷性黄土地基的湿陷变形,往往是局部和突然发生,会对结构物带来不同程度的危害,使结构物大幅度沉降、开裂、倾斜,甚至严重影响其安全和使用。

黄土湿陷引起地坪沉降开裂

      三、湿陷性黄土地基湿陷等级的判定:
       湿陷性黄土场地自重湿陷量的计算值△zs,按下式计算:

      式中 δzsi——第i层土的自重湿陷系数;
              hi——第i层土的厚度(mm);
             β0——因地区土质而异的修正系数,在缺乏实测资料时,可按下列规定取值:
       1)陇西地区取1.50;
       2)陇东一陕北一晋西地区取1.20;
       3)关中地区取0.90;
       4)其他地区取0.50
      自重湿陷量的计算值△zs,应自天然地面(当挖、填方的厚度和面积较大时,应自设计地面)算起,至其下非湿陷性黄土层的顶面止,其中自重湿陷系数δzs值小于0.015的土层不累计。
      基底以下湿陷量的计算值△s,按下式计算:

      式中 δsi——第i层土的湿陷系数;
             hi——第i层土的厚度(mm);
            β——考虑基底下地基土的受水浸湿可能性和侧向 挤出等因素的修正系数,在缺乏实测资料时,可按下列规定取值:
       1)基底下0~5m深度内,取β=1.50;
       2)基底下5~10m深度内,取β=1;
       3)基底下10m 以下至非湿陷性黄土层顶面,在自重湿陷性黄土场地,可取工程所在地区的β0值。
      湿陷量的计算值△s的计算深度,应自基础底面(如基底标高不确定时,自地面下1.50m)算起;在非自重湿陷性黄土场地,累计至基底下10m(或地基压缩层)深度止;在自重湿陷性黄土场地,累计至非湿陷黄土层的顶面止。其中湿陷系数δs(10m以下为δzs)小于0.015的土层不累计。
      湿陷性黄土地基的湿陷等级,应根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值等因素,按下表判定:
湿陷性黄土地基的湿陷等级

       四、湿陷性黄土地基的处理:
      湿陷性黄土处理的基本原则是破坏土的大孔结构,改善土的工程性质,减少土的渗水性、压缩性,控制其湿陷性的发生,部分或全部消除它的湿陷性。当地基的湿陷变形、压缩变形或承载力不能满足设计要求时,应针对不同土质条件和建筑物的类别,在地基压缩层内或湿陷性黄土层内采取处理措施,各类建筑的地基处理应符合下列要求:a. 甲类建筑应消除地基的全部湿陷量或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层,或将基础设置在非湿性黄土层上;b. 乙、丙类建筑应消除地基的部分湿陷量。常规处理方法有如下几种:

      1、桩基础法:可采用钻、挖孔(扩底)灌注桩;挤土成孔灌注桩;静压或打入的预制钢筋混凝土桩。自重湿陷性黄土中浸水后,桩周土发生自重湿陷时,将产生土相对桩的向下位移,对桩产生一个向下的作用力即负摩擦力,桩基设计时,要考虑该部分不利影响。在湿陷性黄土场地采用桩基础,桩端必须穿透湿陷性黄土层,并应符合下列要求:a. 在非自重湿陷性黄土场地,桩端应支承在压缩性较低的非湿陷性黄土层中;b.在自重湿陷性黄土场地,桩端应支承在可靠的岩(或土)层中。在湿陷性黄土层厚度等于或大于10m的场地,其单桩竖向承载力特征值,应通过单桩竖向承载力静载荷浸水试验测定的结果确定。采用桩基础优点是安全可靠,缺点是费用较大。

PHC管桩基础
      2、垫层法:应先将基底下拟处理的湿陷性黄土挖出,用素土或灰土作填料,根据所选用的夯(或压)实设备,在最优或接近最优含水量下分层回填、分层夯(或压)实至设计标高,处理深度1~3m。此种方法优点是施工简单,效果显著,缺点是处理深度受限制。

      3、强夯法:又称动力固结法,利用起吊设备,将10~40吨的重锤提升至10~40米高处使其自由下落,依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层。处理深度3~12m,优点是固结速度快,效果好,缺点是震动大,对周围建筑有影响。

强夯法

      4、挤密法:挤密法是以振动或冲击等方法成孔,然后在孔中填入砂、石、土、石灰、灰土或其他材料,分层回填夯实,按其填入的材料分别为砂桩、砂石桩、石灰桩、灰土桩等。挤密桩主要靠桩管打入地基中,对土产生横向挤密作用,在一定挤密功能作用下,土粒彼此移动,小颗粒进入大颗粒的空隙,颗粒间彼此靠近,空隙减少,使土密实,地基土的强度也随之增强。常见的挤密桩有CFG桩与素土桩。处理深度5~15m。CFG优点是造价低、施工速度快、质量容易控制;缺点是单桩承载力低、抗水平力差。素土挤密桩优点是费用低,施工简单;缺点是对土的含水量要求较高,含水量过高或过低,处理效果不理想。

CFG桩复合地基承载力试验

      5、预浸水法:利用黄土浸水产生湿陷的特点,在施工前进行大面积浸水,使土体产生自重湿陷,达到消除深层黄土的湿陷的目的,再配合上部土层处理措施,来达到消除全部土层湿陷性的一种处理方法。在自重湿陷性黄土场地,地基湿陷等级为Ⅲ级或 Ⅳ级,可消除地面下6m 以下湿陷性黄土层的全部湿陷性,6m以上,尚应采用垫层法或其他方法处理。预浸水法具有施工条件简单,处理效果好的优点。缺点是用水量大,耗时长,一般比正式工程至少提前半年到一年进行。

      6、深层搅拌法:用于处理含水量较高的湿陷性黄土,深层搅拌桩一般采用水泥作固化剂,通过特制的搅拌机械,就地将软土和固化剂强制搅拌,使软土硬结成具有一定强度的水泥加固土,从而提高地基土承载力和增大变形模量。常用机械为三轴水泥搅拌桩机。优点是无振动、无噪音、无污染,缺点是设备安装周期长,工作场地大。

       五、结束语
      湿陷性黄土地基处理的方法很多,在不同的地区,应根据不同的地基土质和不同的结构物,选用不同的地基处理方法。随着建设事业的发展,需要在湿陷性黄土场地上建造许多大型的建筑项目,地基处理的深度与难度越来越大,目前现有的地基处理方法往往受到一定的条件限制,为了使处理后的地基安全可靠,经济合理,尚需研究和开发行之有效的新方法,以满足新的要求。

 

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