湿陷性黄土地基的处理

垫层法是将地基下的部分或全部湿陷性黄土挖出来，然后用素土或灰土逐层夯实做成垫层，以消除地基的部分或全部湿陷量，减少地基的压缩变形，提高地基的承载力，分为局部垫层和整体垫层。当仅需要清除基底下1~3m的湿陷性黄土时，应采用局部或整体土垫层处理。当要求提高垫层土的承载力或同时增强水稳定性时，应采用局部或整体灰土垫层进行处理。

垫层的设计主要包括垫层的厚度和宽度、压实后的压实系数以及承载力设计值的确定。垫层设计的原则是既要满足建筑物对地基变形和稳定的要求，又要满足经济合理的要求。同时，还应考虑以下几个方面:

1.局部土垫层的宽度小于基础底边的宽度。地基处理后，地表水和管道渗漏仍可能从垫层渗入下部未处理的湿陷性土层，造成坍塌。所以当地土垫层不考虑起到防水防水作用，地基很可能被水浸泡，有防渗要求。不允许用当地的土垫层来处理地基。

2.整个垫层的平面处理范围，每边超出建筑外墙基础外缘的宽度，不应小于垫层的厚度，即不应小于2m。

3.在地下水位不可能上升的自重湿陷性黄土场地中，对于地基湿化可能性大或防水要求严格的建筑物，在地基整体湿陷尚未消除的情况下，采用全土垫层处理地基更为合适。但在地下水位有可能上升的自重湿陷性黄土场地，应考虑水位上升后下方未处理的湿陷性土层发生湿陷的可能性。

二、重锤表面压实和强夯

重锤表面压实适用于处理饱和度不超过60%的湿陷性黄土地基。一般2.5~3.0t重锤，落锤距离4.0~4.5m，可消除基底以下1.2 ~ 1.8m黄土层的湿陷性。在压实层范围内，土的物理力学性质显著改善，平均干密度显著增加，压缩性降低，湿陷性消除，透水性减弱，承载力提高。非重力湿陷性黄土地基具有较大的初始湿陷压力。用重锤处理部分湿陷性黄土层，可以减少甚至消除黄土地基的湿陷变形。因此，重锤夯实在非重力湿陷性黄土场地的优势是显而易见的。

一般来说，强夯加固地基的机理是用一定重量的重锤在一定距离内冲击振动地基，以增加压实度，改善土的振动液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性。强夯的过程是瞬间对地基土施加巨大的冲击能量，引起土体的一系列物理变化，如土体结构的破坏或排水固结、压实、触变恢复等。结果是地基强度提高，孔隙在一定范围内被压实。

单点强夯是通过反复巨大的冲击能量和伴随的压缩波、剪切波、瑞利波对地基施加综合作用，使土体瞬间加载，加载的拉压交替使用，使土体颗粒间原有的接触形式迅速改变，产生位移，完成土体压缩-密实的过程。尽管加筋土的粘聚力因损伤或扰动而降低，但随着土体密度的增加，其原有的粘聚力大大提高。单点强夯如图1所示，夯锤下方形成一个夯实核心，近似抛物线。压实芯最大厚度接近夯锤半径，土呈千层饼状，干密度大于1.85g/cm3。

三、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。施工时，按设计方案在建基面布置并钻孔成桩孔，然后将配制好的素土(粉质粘土或粉土)或灰土按最佳含水量分层填入桩孔中，分层夯实(夯)至设计标高。通过成孔或挤密桩过程中的侧向挤压，使桩间土得以压实，从而形成复合地基。值得注意的是，不得使用粗粒砂、石或其他透水材料填充桩孔。

灰土挤密桩、土桩基础一般适用于地下水位以上含水量14% ~ 22%的湿陷性黄土、人工黄土、人工填土，处理深度可达5 ~ 10米。灰土挤密桩是通过锤击或振动沉管在土中形成桩孔，然后用素土或灰土等填料分层填实桩孔。在成孔和夯实填料的过程中，原本位于桩孔内的土全部被挤压到周围土体中。通过这一压实过程，土层的湿陷性完全改变，其承载力得到提高。其主要机制分为两部分:

(1)机械打桩，横向压实土层，改善土壤的物理力学性质。

在挤土成孔时，桩孔内的原土被迫侧向挤出，使桩周土层受到挤压、扰动和重塑，使桩周土的孔隙比减小，土中气体溢出，从而增加土的密实度，降低土的压缩性，提高土的承载力。土体的压实范围从桩孔边缘向四周递减，孔壁附近土体的干密度可接近或超过最大干密度，也就是说压实系数可接近或超过1.0，其压实影响半径通常为1.5 ~ 2d (d为挤密桩直径)，逐渐向外，干密度逐渐降低，直至土体的自然干密度，证明沉管挤压了土体。

(2)灰土桩和桩间挤密土共同构成复合地基

当上部荷载通过它传递时，由于它们能适应彼此的变形，应力能得到有效的均匀扩散，地基应力扩散很快，附加应力在加固深度以下已大大衰减，不需要坚实的下卧层。

桩径宜为300~450mm，可根据选择的成孔设备或成孔方法确定；

桩间距可为桩径的2.0~2.5倍；

桩顶标高以上，应设置300~500mm厚的2: 8灰土，其压实系数不得小于0.95；

灰土挤密桩和土挤密桩复合地基承载力特征值:《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)规定，应通过单桩或多桩复合地基的现场载荷试验确定。无试验资料时，可根据当地经验确定初步设计，但灰土挤密桩复合地基承载力特征值不应超过处理前的2倍，且不大于250kpa挤土桩复合地基承载力特征值不应大于处理前的1.4倍和180kpa。

静载试验可用于确定单桩和桩间土的承载力，也可用于确定单桩复合地基或多桩复合地基的承载力。当采用空载试验时，桩间土的承载力可通过静力初步研究确定。

通过静力初步研究确定桩的承载力不一定可行，尤其是灰土填充桩，但可以采用动力触探。

处理后的复合地基应按《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2202)附录A的要求进行载荷试验。

对于高层建筑或较重要的建设工程，处理后的复合地基承载力特征值和变形模量应尽量通过载荷试验确定，这样不仅安全可靠，而且不受规范中承载力特征值的限制，拓宽了挤土桩和灰土挤密桩基础的应用范围。

当地基埋深大于0.5m时，可根据相关规范计算处理后地基承载力特征值，深度修正系数为1.0，宽度不做修正，即Fa=Fak+0+1.0*γm *(d-0.5)。

工程数据表明，灰土挤密桩基承载力特征值已超过400kpa，拓宽了灰土桩的应用范围。

随着灰土桩应用范围的扩大，有些方法对桩间土不产生挤密作用，使用的土也不限于黄土和填土。在这种情况下，需要一种理论计算方法，可以根据其作用机理建立复合地基承载力计算公式:

(1)、Fspk =(k 1 * Fpk * Ap+K2 * Fsk * As)/A

式中:Fspk——复合地基承载力特征值(kpa)

Fpk— —土桩或灰土桩的承载力特征值(kpa)

Fsk— —天然土地基承载力特征值(kpa)

A—有效钢筋面积(m2)，A=Ap+As。

AP——土桩或灰土桩的截面积(m2)

as——桩间土的压缩面积(m2)

K1 ——与土桩或灰土桩的不同桩径和不同土质有关的系数。对于孔隙比不大于1.3、液性指数不大于1的一般粘性土和杂填土，可查K1(表略)。

K2为压实后沉降量为10 mm时的承载力特征值与受压沉降量为10mm时压实前地基承载力的比值，或K2=1.0。

(2)如果已知桩的承载力特征值Fpk和变形模量Eop、桩间土的承载力特征值Fsk和变形模量Eos(一般以原地基为基础)以及处理后地基中桩的置换率m，则复合地基的承载力特征值可按下式计算:

Fspk=m*Fpk+(1-m)Fsk

E0sp=m*Eop+(1-m)Eos

总的来说，上述公式的计算结果是安全的。除了少数项目，即设计值高于实测值。

(3)如果已知桩土应力比，复合地基承载力特征值也可按下式计算:

fspk = m * n * Fsk+(1-m)Fsk =[1+m(n-1)]Fsk = Fsk/Us

式中:n——桩土应力比

us-应力扩散系数，us = 1/[1+m(n-1)]

(4)、复合地基的承载力也可根据刚度计算:

Fspk*A=Fpk*Ap+Fsk*As

公式中的符号含义同上。

施工:沉管方法(振动、锤击)或冲击应根据设计要求、成孔设备、现场土质和周围环境选择。

质量检验:灰土挤密桩和土挤密桩基竣工验收时，应采用复合地基载荷试验承载力。

一般来说，挤密桩可以布置成等边三角形，这样可以达到均匀挤密的效果。每根桩对周围的土都有一定的挤土作用，即使桩间有一小部分土没有被挤实，因为周围有一个稳定的边界不会坍塌，这部分也不会坍塌。桩与周围压实的土形成复合地基，共同承担上部荷载。可以说，在挤密桩的长度范围内，土的湿陷性已经完全消除。处理后的地基与上部结构是一体的，即使桩底以下的土有沉降变形，也是微小而均匀的，不会对上部结构造成威胁。桩间距直接影响挤土效果，与工程建设的经济性密切相关。

四、桩基

桩基既不是天然地基，也不是人工地基，属于地基范畴。它是将上部荷载转移到桩侧和桩底以下的土(或岩)层，采用挖、钻等非挤压方式的桩。成孔过程中土体排出孔外，桩孔周围土体的性质没有得到改善。但桩周土被水浸泡后，桩侧阻力大大降低，甚至消失。当桩周土在自重作用下坍塌时，桩侧正摩阻力迅速转化为负摩阻力。因此，在湿陷性黄土场地，不允许使用摩擦桩。桩基设计除考虑桩的强度外，还应根据场地的工程地质条件，采用穿越湿陷性黄土层的端承桩(包括端承桩和摩擦端承桩)。桩底以下的应力层:在非重力湿陷性黄土场地，必须是低压缩性的非湿陷性土(岩)层；在自重湿陷性黄土场地，必须是可靠的持力层。这样，当桩周土被水浸泡后，桩侧的正摩阻力一旦转化为负摩阻力，就可以由端承桩下部不湿陷的土(岩)层来承担，就能满足设计要求，保证建筑物的安全和正常使用。

五、化学加固法

在我国湿陷性黄土地区地基处理中应用较多，具有实践经验的化学加固方法有硅化加固法和碱溶液加固法。强化机制如下:

硅化加固湿陷性黄土的物理化学过程是基于低浓度、低粘度的硅酸钠溶液顺利渗入黄土孔隙，溶液与土相互凝结，起到凝结剂的作用。

碱性溶液加固:我国从20世纪60年代开始使用氢氧化钠溶液加固湿陷性黄土地基。加固原理是氢氧化钠溶液注入黄土后，首先与土壤中可溶的、可交换的碱土金属阳离子发生置换反应，结果反映在土壤颗粒表面生成碱土金属氢氧化物。

不及物动词预浸泡法

预浸水法是在建筑前预先对大面积湿陷性黄土场地进行浸水，使土体在饱和自重应力的作用下产生湿陷，从而消除所有黄土层的自重湿陷性和深层土层的外荷载湿陷性。预浸水法一般适用于自重湿陷性黄土场地，厚度大，湿陷性强。因为场地周围的地面在被洪水淹没时会下沉、开裂，容易造成“流水”穿洞，影响建筑物的安全，所以开阔的新区更适合。