[科普中国]-自重湿陷性黄土

简介

地基施工中黄土属于最常见的土质之一。而黄土在自重或外力的作用下，被水浸润后结构改变而引发的显著下沉现象，称之为湿陷。湿陷性黄土其特点为空隙比较大，湿陷性强；天然含水量高，湿陷性低。湿陷性黄土受水浸湿后会产生显著的附加下沉，对于建筑在其上的工程具有特殊的危害作用，因此客观评价黄土的湿陷性是湿陷性黄土区工程勘察的主要任务之一。其中自重湿陷性黄土下限深度是确定黄土区桩基正负摩阻力中性点的依据，对桩基设计非常重要。 因此， 在对黄土地基进行评价时，不但要评价其湿陷类型和湿陷等级，还必须对自重湿陷性黄土层的下限深度给予足够的重视1。自重湿陷性黄土是指受水浸湿后在饱和自重压力下发生湿陷的湿陷性黄土。划分自重湿陷性和非自重湿陷性黄土，可按室内或现场浸水压缩试验，在土的饱和自重压力下测定的自重湿陷系数判定。当自重湿陷系数小于0.015时，定为非自重湿陷性黄土；自重湿陷系数大于等于0.015时，应定为自重湿陷性黄土。

湿陷性黄土地的湿陷机理湿陷性黄土成因黄土是在干旱条件下风尘堆积物经黄土化过程形成的，是在一定地质时期受干冷气候作用形成的土壤。研究表明，土壤的湿陷性与气候有关，干旱造就湿陷性强的土壤，半干旱与半湿润造就湿陷性弱的土壤，温和气候造就的土壤不显示湿陷性。

造成黄土湿陷原因造成黄土湿陷的原因主要有三种：①黄土的力学性质从内部改变了黄土在浸水及外部荷载因素下，使剪应力超过抗剪强度，从而发生湿陷。②土质里面受水浸润，土壤自身摩擦力降低，外力作用导致湿陷。③黄土内部结构发生崩解，使黄土颗粒间胶结强度弱化，颗粒间相对迁移，并伴随小颗粒进入大间隙。同时由于颗粒间胶结被水溶解，在外部扰动作用下强度已不堪平衡，造成土质结构损坏。

湿陷性黄土的变化规律黄土湿陷系数是随着压力的增加而增大。当压力增加到一定数值时，湿陷达到最大值，其后随压力的增加开始逐渐减小，只有压力刚好等于峰值湿陷系数的压力时，土样的湿陷作用才发挥得最充分，湿陷系数才最大。只有当压力超过湿陷初始压力且不大于湿陷最高压力时，饱和浸水才可能会产生相当的湿陷变性。在工程建设中，应计算出合适的地基压力，尽量使压力小于湿陷初始压应力且或者大于湿陷最高压力才可能减少湿陷对工程的影响。研究表明黄土湿陷性是随着土壤深度的增加而湿陷性逐渐降低，深度越大，湿陷性反应越小，其建设工程的性质也就越好 ； 黄土间孔隙比例越大，其湿陷性越严重，且初始孔隙比与湿陷等级有随着深度增加而湿陷减少的趋势。一般情况下，在黄土湿陷数值初始阶段，黄土结构间的压缩量随压力增加而增大，但达到某一程度时，随压力的增大而土质结构压缩量逐渐减小，同时在相同荷载作用下，湿陷性黄土的压缩量随深度增加而减小。多数实验还表明黄土的湿陷性与浸水有直接关联。湿陷程度随含水量增加而减弱，致密饱水黄土的湿陷性很弱或基本不具有湿陷性。黄土只有在含水率达到一定值时才会发生湿陷，使黄土发生湿陷时的最低含水率为湿陷起始含水率。当含水量相等时，湿陷程度随浸湿程度增加而加强。且当压力达到某一数值，湿陷性黄土的含水量在湿陷起始含水量与饱和含水量之间变化时，湿陷系数与含水量之间成线性关系。致密饱水黄土的湿陷性很弱或基本不具有湿陷性2。

常用处理措施垫层法垫层法是先将基础下的湿陷性黄土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分层夯实做成垫层，以便消除地基的部分或全部湿陷量，并可减小地基的压缩变形，提高地基承载力，可将其分为局部垫层和整片垫层。当仅要求消除基底下1~3m湿陷性黄土的湿陷量时，宜采用局部或整片土垫层进行处理；当同时要求提高垫层土的承载力或增强水稳性时，宜采用局部或整片灰土垫层进行处理。

夯实法表层夯实适用于处理饱和度不大的湿陷性黄土地基。一般采用重锤，适当的落距，可达到消除基底以下1.2 ～ 1.8m 黄土层的湿陷性。在夯实层的范围内，土的物理、力学性质获得显著改善，平均干密度明显增大，压缩性降低，湿陷性消除，透水性减弱，承载力提高。非自重湿陷性黄土地基，其湿陷起始压力较大，当用重锤处理部分湿陷性黄土层后，可减少甚至消除黄土地基的湿陷变形，采用重锤夯实的优点得以体现。强夯法加固地基机理一般认为，是将一定重量的重锤以一定落距给予地基以冲击和振动，从而达到增大压实度，改善土的振动液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等目的。强夯加固过程是瞬时对地基土体施加一个巨大的冲击能量，使土体发生一系列的物理变化，如土体结构的破坏或排水固结、压密以及触变恢复等过程。其目的是使地基紧密度、强度提高，整体承载力得到加强。

挤密桩法挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基，处理深度可达5 ～ 10米。施工时先按设计方案在基础平面位置布置桩孔，利用锤击打入或振动沉管的方法在土中形成桩孔，然后将备好的素土（粉质粘土或粉土）或灰土在最优含水量下分层填入桩孔内，并分层夯（捣）实至设计标高止。通过成孔或桩体夯实过程中的横向挤压作用，使桩间土得以挤密，从而彻底改变土层的湿陷性质并提高其承载力。值得注意的是，不得用粗颗粒的砂、石或其它透水性材料填入桩孔内。

桩基础桩基础是将上部荷载传递给桩侧和桩底端以下的土（或岩）层，采用挖、钻孔等非挤土方法而成的桩。在成孔过程中将土排出孔外，桩孔周围土的性质并无改善。但设置在湿陷性黄土场地上的桩基础，桩周土受水浸湿后，桩侧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，不允许采用摩擦型桩，设计桩基础除桩身强度必须满足要求外，还应根据场地工程地质条件，采用穿透湿陷性黄土层的端承型桩，其桩底端以下的受力层：在非自重湿陷性黄土场地，必须是压缩性较低的非湿陷性土（岩）层；在自重湿陷性黄土场地，必须是可靠的持力层。这样当桩周土受水浸湿，桩侧的正摩阻力一旦转化为负摩阻力时，便可由端承型桩的下部非湿陷性土（岩）层所承受，并可满足设计要求，以保证建筑物的安全与正常使用3。

化学加固法化学加固法包括硅化加固法和碱液加固法。硅化加固湿陷性黄土的物理化学过程，一方面基于浓度不大的、粘滞度很小的硅酸钠溶液顺利地渗入黄土孔隙中，另一方面溶液与土的相互凝结，土起着凝结剂的作用。