湿陷性黄土地基研究现状论文

以下内容均为引用，成果不归本人，希望对您的提问有所帮助软土地基处理方法概述 杜艳花（中交一公局第五工程有限公司京密项目部） 摘要：本文介绍了软土及软土地基的定义及特点，探讨了软土地基在公路工程中造成的危害，并介绍了几种软土地基的处理措施，对软土地基的施工具有一定的指导意义。关键词：软土地基 喷粉桩法 土工格栅 换土垫层法 改革开放以来，我国的公路运输事业经历了一次前所未有的发展机遇，取得了辉煌的成就。随着国民经济的发展，公路对经济的发展产生了越来越大的影响，也越来越受到国家的重视。虽然东南沿海地区的高速公路建设水平居国内前列，但是软土路基公路病害也时有发生。尤其桥头跳车现象严重，影响高速公路使用功能。由于桥头与路堤沉降差异太大，造成行车事故，不得不反复根治，不仅耗费资金，还造成严重的社会影响。为了保证道路的安全运行，对软土路基进行处理就显得尤为重要。1 软土及软土地基 软土软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。 软土地基我国公路行业规范对软土地基未作定义。日本高等级公路设计规范将其定义为：主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成。地下水位高，其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降的地基。日本规范还对软土地基做了分类，提出了类型概略判断标准。在给出软土地基定义时指出:软土地基不能简单地只按地基条件确定，因填方形状及施工状况而异，有必要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、地基特性的基础上，判断是否应按软土地基处理。2 软土地基在公路工程中造成的危害 （1） 勘察设计不详细或不准确，导致对应该做软基处理的地段未做处理设计。（2） 已知是软土地基，但是未做好软土地基处理，造成路堤失稳或危及线外建筑物。（3） 虽然做了软土地基处理，但是措施不力，施工不当造成路堤失稳。（4） 堆料不当，未按规定分层填筑，填土过快，碾压不当，造成路堤失稳。（5） 扰动“硬壳层”或填筑不当，使“硬壳层”遭受破坏，导致路堤失稳。3软土地基的处理方法地基处理的方法很多，高速公路软基处理与其它如房建等地基处理相比，有其自身的特点。一般处理路基的地质稳定问题从以下几个方面进行考虑：（1）改善剪切特性路基的剪切破坏以及在土压力作用下的稳定性取决于路基土的抗剪强度。因为了防止剪切破坏以及减轻土压力，需要采取一定措施以增加路基土的抗剪度。（2）改善压缩特性需采取措施提高地基土的压缩模量，以减少地基土的沉降。（3）改善透水特性由于是在地下水的运动中所出现的问题，因此，需要采取措施使地基土变成不透水或减轻其水压力。（4）改善动力特性地震时饱和松散粉细砂(包括一部分粉土)将会产生液化，因此，需要采取某种措施避免地基土液化，并改善其振动特性以提高地基的抗震性能。（5）改善特殊土的不良地基的特性主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等特殊土的不良地基特性。地基处理的方法可以从不同角度来分类，一般是根据地基处理的原理来进行分类，大致可以分为以下几种方法。换土垫层法当软弱土地基的承载力或变形满足不了设计要求，而软弱土层的厚度又不是很大时，将基础地面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后分层换填强度较大的砂或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并压实至要求的密度为止，这种地基处理方法称为换土垫层法，简称为换填法。它适用于处理淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基。换填法的加固机理是：将软弱土层利用人工、.机械或其他方法清除，分层置换强度较高的砂、碎石、素土、灰土以及其他性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实(或振实)至要求的密实度。对软土厚度小于3米的情况，一般可采用全部挖除换填的方法。对厚度大于3米的情况，通常只采取部分挖除换填的方法。全部挖除换填从根本上改善了地基，不留后患，效果最佳，是最为彻底的措施。当高速公路路线通过的软弱土层位于地表、厚度较薄(小于3米)且呈局部分布的软土或泥沼地段，常宜采用全部挖除换填法处理地基。此种方法又可以分为：机械换土法、爆破挤淤法、抛石挤淤法、砂垫层法。强夯法强夯法是20世纪60年代末、70年代初首先在法国发展起来的，国外称之为动力固结法，以区别于静力固结法。它一般是用50吨左右的强夯机，将大吨位(100～400KN)的夯锤起吊到6～40米的高度自由落下，对地基土施加强大的冲击能，在地基土中形成冲击波和动应力，使地基土压密和振密，以加固地基土，达到提高强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性目的。强夯法主要适用于加固砂土和碎石土、低饱和度粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。因其加固效果显著，设备简单，施工方便、快捷，经济易行和节省材料，有利于环境保护等特点，很快传到世界各地约束法在路堤两侧坡脚附近打入木桩、钢筋混凝土桩或者设置片石齿墙等，可限制基底软土的挤动，从而保证基底的稳定。地基在实行侧向约束后，路堤的填筑速度可不加控制，且较反压护道节省土方，少占耕地，但需耗费一定数量的三材，成本较高。此法适用于软土层较薄、底部有较硬土层且施工期紧迫的情况，下卧层面具有横向坡度时尤其适合。土工织物加固法通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等，使这种人工复合的土体，可承受抗拉、抗压、抗剪或抗弯作用，以提高地基承载力，减少沉降和增加地基的稳定。它适用于各种软弱地基。加固法的基本原理是通过土体与筋体间的摩擦作用，使土体中的拉应力传递到筋体上，筋体承受拉力，而筋间土承受压应力及剪应力，使加筋土中的筋体和土体能较好发挥各自的作用。常见的土工织物有土工格栅、土工带及土工格室，其中土工格室除了能够像土工带和土工格栅一样，能延缓或者切断地基破坏的滑动面，从而使地基承载能力提高。而且，土工格室能对处于格室内的土粒给予三维约束，，使土粒与格室成为一个刚度远大于地基的整体，它能较好分布施加在它上面的荷载，使地基受力较为均匀，从而提高地基承载力。粉喷桩法粉喷桩法，是用特制的设备和机具，将加固剂粉体材料(水泥或石灰)通过压缩空气的传送，与地基土强行拌和，使之产生充分的物理、化学反应后，形成一定强度的桩体(简称粉喷桩)。这是一种改善土质，提高地基强度的软土地基加固方法，可以广泛地适用于淤泥质土，杂填土，软粘土等地基加固。粉喷桩处理软基属于深层搅拌法中的一种，它是利用压缩空气向软弱土层中输送石灰、水泥等粉状加固料，使其与原位软弱土混合、压密，通过加固料与软弱土之间的离子交换作用、凝聚作用、化学结合作用等一系列物理化学作用，使软弱土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的柱状加固土，它与原位软弱土层组成复合地基，提高软土地基承载力，减少地基沉降量。高压喷射注浆法我国简称为高喷法或旋喷法，这种方法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻到设计深度的土层，将浆液或水从喷嘴中高压喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层。当能量大、速度快呈脉动状的射流，其动压大于土层结构强度时，土颗粒便从土层中剥落下来，一部分细颗粒随浆液或水冒出，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小，有规律的重新排列，浆液凝固后，便在土层中形成一个固结体，可提高地基承载力，减少沉降，还可起到支挡与防渗的作用。它适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。轻质路基粉煤灰处理法粉煤灰是一种质轻、多孔隙、颗粒均匀、具有一定水稳性的无粘性材料。由于粉煤灰中含有一定量的CaO，SiO2，MgO等成份，它们在粉煤灰水化过程中体积产生膨胀，可利用这一膨胀率来增加软基加固效果。其路用性能满足公路中的技术要求。Ø 粉煤灰重量轻，最大干容重耐左右，比一般土的最大干容重轻40%左右，在软土路基上填筑粉煤灰时，可有效地减轻路堤重量，减少路基沉降及工后沉降量，从而影响路基处理方案，降低地基处理费用。Ø 粉煤灰强度高、磨擦系数大，在路面设计时，由于粉煤灰提高了软土的回弹模量值，相应减薄路面设计厚度。Ø 击实试验表明，粉煤灰和软土混合物具有更好的干密度，含水量和最大干密度的关系曲线较平缓，更利于在野外的施工水泥土搅拌法 是通过搅拌机械将水泥或(石灰)等材料与地基的软土搅拌成桩柱体，这种桩柱体成为水泥粘土桩、石灰粘土桩或某胶结物粘土桩，它具有一定的强度和水稳性。搅拌桩柱体与四周软土组成复合地基，可以提高地基承载力、提高地基强度、增大地基变形模量。因此，经搅拌法加固的软弱地基能提高地基承载力，减少地基沉降，阻止水体流动，增强地基的稳定性，还能阻止地下水的渗透。水泥土搅拌法分为深层搅拌法(湿法)和粉体喷搅法。 处理正常固结的淤泥、淤泥质土和含水量较高的粘性土、粉土等软土地基，用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时宜通过试验确定其适用性。在软土地基上修筑公路和桥梁并不都会发生问题、只要设计和施工措施得当，就可以保证路堤、桥梁的稳定和使用效果。软土地基上路堤的设计与施工方案，应结合当地工程地质条件、材料供应、投资环境、工期要求和环境保护等因素，按照因地制宜、就地取材、分期修建、综合处治的原则进行充分论证，使设计和施工方案达到技术上先进、经济上合理。软土地基的处理方法很多，总之，软土地基处理的目的是增加地基稳定性，减少施工后的不均匀沉陷，所以施工的技术人员必须意识到软土地基的危害性，坚决以数据说话，认真测定基底的承载力，并根据不同的地质情况，不同的投资和工期要求，采用切实可行的处理方案，同时一定要采集桥涵施工后的工后沉降数据，积累经验，为今后的施工打下坚实的基础。参考文献[1]林宗元.岩土工程治理手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1993. [2]叶书麟.地基处理与托换技术[M].北京:中国建筑工业出版社,1992.[3]朱梅生.软土地基[M].北京:中国铁道出版社，1989.[4]刘玉卓.公路工程软基处理[M].北京:人民交通出版社，2002[5]徐至钧.水泥土搅拌法处理地基[M].北京:机械工业出版社，2004[6]汪双杰.高速公路不良地基处理理论与方法[M].北京:人民交通出版社，2004[7]SidnegM,JohnsonandJ’[M].1968[8]曾国熙.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社，1993[9]孙更生.软土地基与地下工程[M].北京:中国建筑工业出版社，1984[10]叶观宝.地基加固新技术(第二版)「M].北京:机械工业出版社，2002[11]钱家欢.殷宗泽.土工原理与计算[M].北京:中国水利水电出版社，1996[12]叶观宝.高速公路软基处理的优化设计[D].同济大学博士论文，2003[13]刘宝兴.路基工程新技术实用全书[M].北京:海潮出版社，2001[14]刘兴德，牛福生，倪文.粉煤灰的资源化利用现状与研究进展[J].建材技术与应用，2005.[15]王建华.粉喷桩加固高速公路的机理和有效桩长的分析[D].河海大学硕士论文，2007.[16] 张洪强，房建果.土工格室在软土地基处理中的应用[J].山东交通科技,2003.

湿陷性黄土地基处理研究

黄土湿陷性对人类工程活动危害很大，常使建筑物、渠道、库岸、道路护坡造成破坏。以下是我收集整理的湿陷性黄土地基处理研究论文，和大家一起分享。

摘要： 通过梳理湿陷性黄土成因及各地基处理方法的适用范围、优缺点，结合黄韩侯铁路房屋湿陷性黄土地基处理方案的工程实例，以技术经济分析方式，得出了湿陷性黄土地区铁路房屋地基处理的一般方法，对湿陷性黄土地区铁路房屋的修建具有很好的借鉴作用。

关键词 ： 湿陷性黄土;铁路房屋;地基处理垫层法;挤密法

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，具有在自重或外部荷重下或二者共同作用下，受水浸湿后结构迅速破坏发生突然下沉的性质.它在中国分布广泛，主要集中在山西、陕西、甘肃大部分地区以及河南西部.此外，新疆、山东、辽宁、宁夏、青海、河北及内蒙古的部分地区也有分布，但不连续.

铁路房屋是铁路生产、运营的核心，发挥着指挥、调度、监控、服务等作用，对整个铁路的安全运营起着十分重要的作用，是整体铁路系统中不可缺少的一部分.鉴于湿陷性黄土的危害性和铁路房屋的重要性，在湿陷性黄土地区的铁路站房建设，必须采取处理措施，以保证站房结构的安全.

由于国内对铁路房屋湿陷性处理措施的专项研究和实例介绍不多，本文特从理论与实践相结合的角度对此问题展开论述.

1 黄土的湿陷机理及防止措施

黄土的湿陷性机理

黄土的结构特点和胶结物质的水溶特性决定了黄土湿陷的机理[1].湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度显著降低，在附加压力或在附加压力与土的自重压力下引起的湿陷变形，是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形.造成黄土湿陷的原因可总结为：

(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)黄土内部受浸水湿化作用下，使土壤自身摩擦力降低，外部扰动作用诱发湿陷.

(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.

湿陷性黄土的防止措施

黄土湿陷性对人类工程活动危害很大，常使建筑物、渠道、库岸、道路护坡造成破坏.笔者认为，改变湿陷性黄土的结构特性是防止黄土湿陷性的核心，而防止或减小建筑物地基浸水湿陷则是防止黄土湿陷性的关键点.

防止湿陷性黄土地基湿陷的综合措施主要有地基处理、防水措施和结构措施三种.其中地基处理措施主要用于改善土的物理力学性质，减小或消除地基的湿陷变形;防水措施主要用于防止或减少地基受水浸湿;结构措施主要用于减小或调整建筑物的不均匀沉降，或使上部结构适应地基的变形[2].三种措施作用、功能、侧重点各不相同，在实践中要采取以地基处理为主的综合措施，标本兼治，突出重点，消除隐患.

防止黄土湿陷性的地基处理措施主要有以下几种：

(1)垫层法：包括土垫层和灰土垫层，是将基底以下湿陷性土层部分或者全部挖除，用2:8或3:7灰土局部或整片进行换填并分层夯实，适用于消除基底以下 1～3m的湿陷性黄土.具有施工简易、快捷、造价低的优点，但这种措施处理的黄土厚度有限，不适用于较厚的湿陷性黄土地层，还需做好防水，地面水及管道漏水仍可能渗入土层引起不均匀沉降.

(2)强夯法：是反复将夯锤(10～60t)提到一定高度(10～40m)使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，从而提高地基承载力、降低其压缩性，改善地基性能.该法设备简单、工期短、节省劳力材料、造价低廉.处理深度一般在3～7m，对非自重湿陷性黄土效果明显.它要求场地有足够空间，对土壤含水量要求高，且施工造成的震动大，对周围建筑有影响，不适宜在城区使用，施工前试验和完工后检验时间长(30d).

(3)挤密法：是用灰土或土层夯实的桩体，形成增强体，与挤密的桩间土一起组成复合地基，共同承受基础的上部荷载.成孔挤密主要有沉管、冲击、夯扩、爆扩等方法，适用于厚度在3～15m的湿陷性黄土，由于桩体和桩间土的双效作用使得挤密法地基处理的整体效果好，不但消除或部分消除了黄土的湿陷性，还提高了地基土的承载力、增强了其水稳性.

(4)预浸水法：宜用于处理厚度大于10m，自重湿陷量的计算值不小于 500mm的场地.浸水结束后，地面6m以下湿陷性可全部消除，地面6m以内湿陷性也可大幅度减小，但该法耗时太长，往往影响工期，需水量也大，缺水地区不适用.浸水使场地周围地表下沉开裂，容易影响附近建筑物的安全，所以规定至既有建筑物的距离不小于50m，而且一般在浸水结束后，还需进行补充勘察工作，重新评定地基土的湿陷性，并采用垫层或其他方法处理上部湿陷性黄土层，无形中增加了成本、延长了工期.

当以上地基处理措施都不能满足设计要求时，可采用桩基础来消除黄土的湿陷性，此法安全可靠，但是投资费用较大.

2 工程实例

铁路车站站房综合楼

黄韩侯铁路新建白水、澄城、合阳北站站房在陕西省渭南市境内，位于陇东—陕北—晋西的湿陷性黄土带上，此地区自重性黄土分布广泛，厚度一般大于10m，地基湿陷等级一般为3～4级，湿陷性较敏感.经现场钻孔检测，三站均为4级自重性湿陷性黄土，与《湿陷性黄土地区建筑规范(GB 50025-2004)》判定一致.以澄城站站房施工场地为例，土层从上至下分布为：

(1)人工填土：厚约.

(2)黏质黄土：厚约，黄褐色，成份以黏粒为主，黏性一般，土质均匀，土体结构疏松，可见针状孔隙及虫孔，含少量钙丝及钙质结核，岩芯呈散块状及短柱状，其中：～含大量钙丝，～含大量钙质结核，具IV级自重湿陷性.fak=150kPa.(3)砂质黄土: 厚约，棕褐色，成份以黏粒为主，黏性一般，土质均匀，土体结构较紧密，可见少量针状孔隙，硬塑，岩芯呈短柱状，具IV级自重湿陷性.fak=150kPa.

经现场探孔检测，白水站和合阳北站站房与澄城站房一样，均为IV级自重湿陷性黄土，且厚度较大.站房为300人小型铁路车站站房，房屋结构采用全现浇钢筋混凝土结构，主体1层，局部2层，建筑高度12m，建筑面积2500m2，设计使用年限为50年，房屋基础采用钢筋混凝土独立基础，地基基础设计等级为丙级.

设计要求处理后复合地基承载力特征值不小于180kpa，桩间土平均挤密系数不小于.

根据现场情况、房屋结构及国家有关规范的要求综合分析测算，对三站站房地基采用灰土挤密桩的方式进行处理.灰土挤密桩材料按2：8配合比，桩径400mm，桩长度为10m，梅花状布桩，桩距900mm.施工完毕后，经检测三站站房复合地基承载力特征值为225kPa，桩间土平均挤密系数大于，地基承载力提升明显，满足设计要求。

单层小型砌体房屋

黄韩侯铁路韩城车站待检室及清扫房位于陕西省韩城市韩城火车站内，拟建房屋地质资料如下：

(1)杂填土：由粉质粘土与大量砖瓦碎片组成，结构杂乱，土质不均，厚约1m，Ⅱ级普通土.

(2)黏性黄土：分布于填土底面以下，黄褐色，硬塑—可塑，虫孔及大孔隙发育，具湿陷性，工程场地均有分布，属中等压缩性土.厚约10m，底部为棕红色古土壤层.Ⅱ级普通土.fak=120kpa，具Ⅲ级自重湿陷性.

待检室及清扫房建筑面积，层数1层，层高，结构形式为砖混，设计使用年限为50年，地基基础设计等级为丙级，基础采用柱下墙下条形基础，要求处理后的地基承载力特征值不小于180kpa.

地基处理采用基底以下换填3m厚3:7灰土垫层，每边宽出基础边不小于，垫层分层夯实，压实系数不小于.用换填法处理地基后，压实系数不小于，地基承载力特征值为195kpa，满足设计要求.

多层框架房屋

(3)黄韩侯铁路芝阳站运转综合房屋，建筑面积，二层框架结构，层高.拟建房屋地质资料为：黏性黄土：浅棕黄—黄褐色，厚度大于 20m，土质均匀，夹有钙质网膜及零星姜石，硬塑，Ⅱ普通土，fak=150kpa，属自重型湿陷性黄土，湿陷等级Ⅳ级，湿陷土层厚度约25～35m.地表水不发育.钻孔深度未见地下水，土壤冻结深度37cm，要求地基处理后复合地基承载力特征值不小于180kpa.

拟采用3：7灰土挤密桩进行地基处理，桩长6m，桩径450mm，等边三角形布桩，桩距1000mm.但由于现场施工场地不能满足灰土挤密桩处理宽度的要求，经计算，将地基处理方案修改为3:7灰土换填处理地基，处理厚度为基底下3m，宽出基础边缘各2m，灰土压实系数不小于.

现场施工完毕后，经检测，地基承载力特征值大于180kpa，满足设计要求.

工程造价分析

从上表可以看出，对铁路房屋的重要建筑如火车站站房由于其重要性宜采用灰土挤密桩进行地基处理以保证其结构的安全性，其他房屋宜采用换填灰土垫层的方法对地基进行处理，相较挤密法既能有效节省工期、又能显著降低造价，可作为铁路一般房屋处理湿陷性黄土的首选方法.

3 结语

(1)本文以陕西黄韩侯铁路房屋湿陷性黄土地基处理为例，针对房屋所处的现场情况和地质条件，论述了采取的垫层法和挤密法的房屋地基处理方案，并进行了经济技术分析，得出了铁路站房适用灰土挤密法、一般房屋适用垫层法进行湿陷性黄土地理处理结论.

(2)目前对湿陷性黄土的研究成果主要集中在地方民建方面，铁路方面主要集中在对路基的'处理方面[3，4]，对铁路房屋的研究极少、类型也单一[5].由于铁路房屋的特殊性，下一步应加强湿陷性黄土地区铁路房屋地区地基处理方法的探索和研究，尤其是地方民建较少使用的其他技术(如DDC桩、钻孔灌注桩、震动碎石桩等)，注意案例的收集和数据的积累，以推动湿陷性黄土地基处理技术的发展.

(3)在湿陷性黄土地基处理时，要根据《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025)、《建筑地基处理技术规范》(JGJ79)的要求，结合所建建筑物的特点、地质条件、要求的地基承载力、施工难易程度、节省投资等方面，进行技术经济分析，选择最合适的房屋地基处理方案，避免资源的浪费.

(4)灰土挤密桩的施工机械属大型施工机械，由于成本原因，现在使用的机械都较为陈旧，因此要研究一套切实可行的安全控制方法和安全操作规程，确保施工安全.

(5)湿陷性黄土房屋地基经过地基处理后湿陷性消除或降低，能达到建筑物荷载的要求，但是我们在实践中还应该采取结构(如考虑框架结构，结构内外设置变形缝等)、防水(如扩大站房外散水的宽度、增加防水卷材等)等措施，继续结构、防水、维护这方面的研究和探索，在实践中不断探索防止湿陷性黄土的方法，防止地基湿陷对建筑物的危害.

参考文献：

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(4)赵如意.黄韩侯铁路湿陷性黄土地基处理措施研究与设计[J].科技创新导报，2013(5)：113.

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