湿陷性黄土地基的处理.pdf

第 8卷O 1 2 0 1 0 年 3 月 南水北调与水利科技 S o u t h - t o - N o r t h Wa t e r T r a n s f e r s a n d Wa t e r S c i e n c e&T e c h n o l o g y Vo l _ 8 M ar S u p p 201 O 湿 陷性黄 土地基 的处理 方永旗 ( 山西省运城市水利勘测设 计研究院 ， 山西 运城 0 4 4 0 0 0 ) 摘要： 阐述了湿陷性黄土的概念及湿陷等级划分， 根据水利工程建筑物基础处理的实例和湿陷性黄土地基处理常用几 种方法的分析， 对今后类似建筑物基础处理具有借鉴作用。 关键词 ： 湿 陷性 黄土 ； 地基处 理 中图分类号 ： T V2 2 3 文献标 识码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 2 1 6 8 3 ( 2 0 1 0 ) 0 0 1 0 0 3 9 0 2 Co l l a ps e Lo e s s Fo u nd a t i o n Tr e a t me n t FANG Yon g 。q i (Yu n c h e n g W a t e r Co n s e r v a n c y Su r v e y a n d De s i g n I n s t i t u t e，Sh a n xi Pr o v i n c e， Yu n c h e n g 4 4 0 0 00，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th i s a r t i c l e d e s c r i b e s t he c o nc e p t of c o l l a p s e l o e s s a n d t h e c o l l a p s e g r a d e d i v i s i o n，ma k e s t h e c a s e s s t u d y o n t h e b a s e t r e a t me n t o f wa t e r c o ns e r v a n c y b u i l d i n g a n d a n a l y z e s s e v e r a l me t h o d s f o r t h e c ol l a p s e l o e s s f ou n d a t io n t r e a t me n t ，wh i c h c a n p r o v i d e s o me r e f e r e n c e s f o r t h e s i mi l a r wo r k s Ke y wo r d s ：c o l l a p s e l o e s s ； f o u n d a t i o n t r e a t me n t 1 黄土的分布及定义 黄土是一 种常见的工程地基 ， 主要分布于我 国的西北 、 华 北 与东北 的部分地 区 ， 处 于北 纬 3 3 。 4 7 。 之 间 ， 总 面积 约 6 4 万 k r d。黄土 中粉 粒含量较多 ( 多在 6 O 以上 ) ， 黏粒 含量较 少。湿陷性 黄土 占我 国黄 土分 布面 积 的 7 0 ， 面积 达 4 4万 k m 。主要分布 于黄河 中 下游地 区 ， 厚度最 大达 3 0 n l 左 右 。 天然黄土在一定压力 ( 土 自重或土 自重应力和 附加应 力) 作用 下 ， 被水浸湿后土 的结 构受到破坏而发生下沉 的现象 ， 称为 湿 陷性 。具有湿陷性 的黄 土叫做 湿陷性 黄土 ； 不具 备这种 性 质 的黄土称为非湿陷性黄 土。 黄土按地质形成年代划分 为四个地层 。 早更新世黄土 ： 称 Q 黄 土 ， 形 成时 间距今 7 O 1 2 0万 年， 粉粒和黏粒含量比后期黄土高， 质地均匀， 致密坚硬， 低压 缩， 无湿陷性。 中更新世黄土： 称 Q 2黄土 ， 形成时间距今 1 O 7 0万 年， 粉粒和黏粒含量比后期黄土高 ， 质地均匀， 致密坚硬， 低压 缩性 ， 其上部表面有轻微湿陷性 。 晚更新 世 黄土 ： 称 Q3 黄 土 ， 距今 0 5 1 O万年 之 间。 质地均匀 ， 较疏松 ， 肉眼可见大孔 ， 具有 湿陷性或强烈湿陷性 。 全新世黄土： 称 Q 4黄土， 形成于距今 5 0 0 0年。一般 土质疏松 ， 肉眼可见大孔， 具有湿陷性或强烈湿陷性。 早期和中期形成的 Q 和 Q 黄土称为老黄土， 后期形成的 Q 和 Q 黄土称为新黄土。湿 陷性黄土是指新黄土 Q 和 Q 。 湿陷性黄土又分为两类 ： 被水浸湿后在 自重压力下发生 湿陷的 ， 称 为 自重湿 陷性 黄土 ； 被水浸湿后在 土 自重压力下不 发生湿陷， 但在土 自重压力和建筑物荷载共同作用下发生湿 陷， 称为非自重湿陷性黄土。在工程中按 湿陷性黄土地区建 筑规范 G O 0 2 5 2 0 0 4规定 ， 黄 土湿 陷 系数 0 0 1 5为湿 陷性黄土， 当 do 0 1 5时， 为非湿陷性黄土。同时将实测值 或计算 自重湿陷量Z S 大于 7 C I T I 的黄土定义为 自重湿陷性 黄土， 将实测或计算 自重湿陷量Z S 小于或等于7 c m的黄土 定义为非 自重湿 陷性 黄土 。并根据基底 下各 土层 累计总湿 陷 量( s ) 和计算 自重湿陷量 ( z s ) 的大小将黄土的湿陷等级 划分为轻微 ( I级 ) 、 中等 ( 级 ) 、 严重 ( 级 ) 、 很严重 ( 级 ) 。 2 湿 陷性黄土地基处 理的方法 对湿 陷性 黄土地基处理 ， 可归纳成 以下几 种。 2 1消除土 层 湿 陷性 较 薄湿 陷性 黄 土 ( 1 0 0 r n左 右 ) 。湿 陷 性 黄 土 厚 度 在 1 0 m左右， 常用方法为强夯、 换土、 挤密桩等。 深厚湿陷性黄土( 大于 1 0 m) 。当湿陷性黄土深厚时， 常 用 办法 是预浸水处理 ， 通过工程措施 ， 对湿陷性土层本 身进 行 处理 ， 改善土壤结构和基本特征， 达到消除地基土层湿陷性 目 收稿 E t 期 ： 2 0 1 0 0 1 1 8 修 回 日期 ： 2 0 1 0 0 2 2 8 作者简 介： 方永旗 ( 1 9 6 2 一 ) ， 男 ， 山西运城市人 ， 高级工程师 ， 长期从事水利工程设计工作 。 g 娃 | 3 9 第 8卷 O 1 南水北调 与水利科技 2 0 1 0年 3月 的。预浸水后基础土层含水量过高， 接近饱和状态致使后续 工作难一进行。预浸水处理耗时较长， 通常停水后 1年左右 时间才能使土层含水量降低到最初状态。此方法只能消除地 表 6 m以下土层的湿陷性 ， 表层 6 m范围内的土层还具有高 压缩性， 尚应采用换垫层法、 水泥粉喷桩或其他方法处理。缺 点是对深厚湿陷性黄土， 耗时太长， 影响工期。优点是施工方 便， 费用较低。 2 2采 用桩基 一 般方法采用桩基， 以灌注桩为主。桩基避过 了湿陷性 土层， 使基础将力传给湿陷性黄土层以下持力土层上， 在工程 中比较安全可靠 ， 被广泛用于比较重要的建筑物基础处理。 缺点是工程投资费用大 ， 施工较难 。 2 3 做好建筑物基础的防水措施 对湿陷性较小且不会从地下向上浸水的黄土地基和防止 湿陷性黄土地基湿沉， 一般采用地面防渗与表面排水措施， 常 用的防水材料为灰土、 P E膜和各种 P VC 、 油毡等。适用于供 水管床、 输水渠道、 游泳池等对基础承载力要求不高的场地。 3 工程实例 3 1 钢筋混凝土灌注桩在 大厚度 湿陷性黄土地基 中应 用 夹马口灌区节水改扩建工程是山西省新水源工程建设重 点项 目， 二级干渠桩号 3 +O 5 4 4 +8 6 9 ， 长 1 8 1 5 m为渡槽输 水， 每跨长 1 5 m， 共 1 2 1 跨 ， 设计流量 8 5 6 m3 s ， 纵坡 1 1 3 0 0 ， 槽身为现浇 C 3 0钢筋混凝土 U型结构， 半径 1 8 m， 槽深 2 2 m， 口宽 3 6 i n 。该场地地表以下深 2 O 0 m范围内地基土为第 四系( Q 4 ) 上更新统的粉土， 为级( 严重) 自重湿陷性黄土， 湿 陷深度在地面以下 1 7 5 m左右， 承载力为 厶 ：9 0 k P a 。 对深厚湿陷性黄土地基处理可能采用的预浸水法和钢筋 混凝土灌注桩进行分析比较 ： 预浸水法耗时太长， 影响工期， 且预浸水处理只能消除地表 6 0 m以下土层的湿陷性， 表层 6 0 m范围内土层还具有高压缩性， 还需采用换垫层或水泥 粉喷桩等处理 ； 钢筋混凝土灌注桩造价较高 ， 但安全可靠。为 确保工程工期和建筑物的稳定安全， 确定采用钢筋混凝土灌 注桩和在桩周 围 2 5 m范围内采用 0 9 m厚 2： 8 灰土 回填 ， 防止地表水入渗。经计算， 渡槽中墩下面设 2根 8 O c m钢筋 混凝土灌注桩， 桩长 2 5 m， 桩底面直径扩大至 1 4 r n ， 扩径长 1 3 5 m， 单桩竖 向承载力为 1 7 8 8 k P a ， 自重湿 陷性 黄土层负 摩擦力为4 3 9 6 k P a ， 摩擦系数为 1 1 2 。2 0 0 9年 3 月已建成， 运行正常。 3 2 泵站厂房湿陷性黄土地基处理 尊村引黄九级站主厂房为排架结构， 共 9间， 长 5 4 m， 中 间设一变形缝， 跨度为 9 0 I T I ， 高 8 0 m ， 副厂房位于出水侧， 长 2 4 m。站址为上更新世 ( Q ) -5兰黄土层 ， 为 级 自重湿陷性黄 土， 自基础面起， 自重湿陷性黄土层厚 8 5 r n ， 其下为非湿陷 层， 且在 1 1 5 IT I 处为一较密实 的红色亚黏土 。厂房基础处理 采用水泥土井桩， 井桩为 园形 和椭 圆形两种 ， 直径为 1 2 m， 桩 长 1 1 5 m， 桩底高程 4 1 1 1 0 m伸人非湿陷性土层 3 0 m， 桩顶 4 0 设 0 5 m厚钢筋混凝土顶帽， 中间为桩身， 下部桩脚微向外扩 大， 增大受力面。每个排架柱、 机墩下均设一井桩， 桩上作连续 式钢筋混凝土条形基础， 基础处理为： 超挖l _ 0 m， 超宽 1 0 m， 原土翻打 0 8 r r l ， 3： 7 灰土夯实 0 3 m， 再浇 1 0 0号混凝土底 板 。j亥站 于 1 9 7 9 年 动工兴建 ， 由于国家压缩 基建 ， 同年停缓 建， 停缓建时已完成前池、 进水池和厂房主体结构， 2 0 0 2 年兴 建海鑫供水工程， 对九级站完善配套， 一直运行正常 3 3 供水管路湿陷性地基处理 2 0 0 2 年兴建的海鑫供水工程， 压力管路为 1 1 2 0 0 IT lr l l 预应力钢筋混凝土管道 ， 长 3 1 6 2 k m， 最大水锤压力为 l 1 O 4 c r n 2 。压力管路桩号 O +O O o 一5 +O 5 O ， 地基为级自重湿 陷性黄土 ， 湿陷层厚度 9 1 1 0 IT I 。据 湿陷性黄土地区建筑 规范 G B 5 0 0 2 5 2 0 0 4 ， 建筑物基础最小处理厚度不小于 2 r r l ， 处理方法为 ： 垫层法 ： 采用 3： 7 灰 土 ， 处理厚度 1 3 0 m。 重夯法： 夯锤质量为 2 3 0 t ， 落距为 4 6 m， 锤底静压力 值为 2 0 k P a ， 锤底直径为 1 2 1 4 m。设计时考虑到减小工 程投资， 对 O +0 0 O 一5 +O 5 0 段基础采用管沟开挖到设计管底 高程以下 0 4 r r l ， 用振动碾碾压二遍， 再填 0 4 m厚 3：7 灰 土， 使其干容重达 1 6 5 t m。 以上。该压力管路已运行 7年， 一 切正常 。 4 看法及认识 运城市处于湿陷性黄土区， 很多建筑物， 如居民建筑物基 础并未作特殊处理， 运行多年后也未发