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湿陷性黄土地基处理
湿陷性黄土地基处理
陕西建筑2005年4月总第118期
土力学,地基基础
湿陷性黄土地基处理
罗宇生
(陕西省建筑科学研究设计院710082西安)
摘要:
本文针对湿陷性黄土在压力作用下受水浸湿引,g,am变形的特点,论述了湿陷性黄土地基处理的原
则,并结合建筑物的不同类剐,提出了消除地基全部湿陷量和部分湿陷量的处理厚度以及局部处理和整片处理
的宽度及作用等问题.
关键词:
湿陷性黄土;地基处理
1前言
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,在一定压力下受水浸湿,土结构迅速破坏,并
产生显着附加下沉,对工程建设危害性大.因此,国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范)GBJ25--90规定,在湿陷
性黄土地区进行建设,应根据湿陷性黄土的特点和工程要求,采取以地基处理为主的综合措施,防止地基受水
浸湿引起湿陷,以保证建筑物的安全和正常使用.
湿陷性黄土地基处理,一般在其竖向或横向采用夯实挤密的方法,使处理范围内土的孔隙体积减小,干密
度增大,压缩性降低,承载力提高,湿陷性消除.它与其它类土的地基处理为了提高强度和减小压缩性的目的不
完全相同,故其它类土的地基处理方法,对湿陷性黄土地基不一定适用.同样,处理湿陷性黄土地基的方法,对
其它类土地基也不一定适用.
2湿陷性黄土地基处理的原则
湿陷性黄土在天然湿度下,其压缩性较低,强度较高,但遇水浸湿时,土的强度则显着降低,在附加压力或
在附加压力与土的饱和自重压力作用下引起的湿陷变形,是一种下沉量大,下沉速度快的失稳性变形.工程实
践表明,当工业与民用建(构)筑物(以下统称建筑物)的地基不处理或处理不足时,建筑物在使用期间,由于各种
原因的漏水或地下水位上升往往引起湿陷事故.因此,在湿陷性黄土地区进行建设,对建筑物地基需要采取处
理措施,以改善土的物理力学性质,减小或消除湿陷性黄土地基因浸水引起湿陷变形,保证建筑物安全使用.
湿陷性黄土地基的变形,包括压缩变形和湿陷变形.压缩变形是地基土在天然湿度下由建筑物的荷载所引
起,并随时间增长而逐渐减小,稳定较快,建筑物竣工后一年左右即趋于稳定.湿陷性黄土地区的年降雨量稀少
(约300~500mm),蒸发量远大于年降雨量,属于干旱及半干旱气候地区,湿陷性黄土的天然湿度一般为1
22%,其饱和度大都在40"--60%以内.当基底压力不大于地基土的承载力设计值时,压缩变形值很小,通常不超
过上部结构的容许变形值,对建筑物不致产生有害影响,故从压缩变形的角度考虑,除对压缩性较高,承载力较
低的新近堆积黄土及高湿度黄土需要处理地基外,对压缩性较低,承载力较高的黄土可不采取措施处理地基.
湿陷变形是当地基的压缩变形还未稳定或稳定后,建筑物的荷载未改变,而是由于地基受水浸湿引起的附
加(即湿陷)变形,它经常是局部和突然发生的,而且很不均匀,尤其是地基受水浸湿初期,一昼夜内往往可产生
2005年4月总第118期陕西建筑
15~25crD_的湿陷量,因而上部结构很难适应和抵抗这种量大,速率快及不均匀的地基变形,故对建筑物的破坏
性较大,危害性较严重.
湿陷性黄土地基处理的目的:
一是消除其全部湿陷量,使处理后的地基变为非湿陷性黄土地基,或采用深
基础,桩基础穿透全部湿陷性黄土层,使上部荷载通过深基,桩基等转移至压缩性低的非湿陷性土(岩)层上,防
止地基产生湿陷;二是消除地基的部分湿陷量,减小拟处理地基的总湿陷量,控制下部未处理湿陷性黄土层的
剩余湿陷量不大于设计规定的数值.
基于甲类建筑的重要性,地基受水浸湿的可能性和使用上对不均匀沉降的严格限制等与其它建筑都有所
不同,而且甲类建筑的投资规模大,工程造价高,一旦出问题,后果很严重,在政治上或经济上将会造成巨大影
响和损失.为此不允许甲类建筑出现任何破坏性的变形,也不允许因变形而影响使用,故对其处理从严,要求消
除地基的全部湿陷量.
乙,丙类建筑涉及面广,地基处理过严,将增加建设投资,不符合我国湿陷性黄土地区现有的技术经济水
平,因此只要求消除其地基的部分湿陷量,然后根据地基处理的程度或剩余湿陷量的大小,采取相应的防水措
施和结构措施,以弥补地基处理的不足,确保其整体稳定和主体结构的安全.
3湿陷性黄土地基处理厚度的确定
湿陷性黄土地基的湿陷变形包括由基底附加压力与上覆土的饱和自重压力(以下简称外荷)引起的湿陷和
仅由浸湿土体的饱和自重压力引起的湿陷两种.由外荷引起的湿陷,在基础底面产生竖向位移的同时,还伴随
着明显的侧向位移,并与基础型式,基底面积及其压力大小有关.测试结果表明,由外荷引起的湿陷,通常发生
在基础底面下一定深度(OP受力层)的湿陷性黄土层内,而由浸湿土体的饱和自重压力引起的自重湿陷,往往发
生在全部湿陷性黄土层内,并与湿陷性黄土层的厚度及自重湿陷系数沿深度的分布有关.
湿陷性黄土地基的处理厚度,根据其变形范围,可分为处理湿陷变形范围内的全部湿陷性黄土层和处理湿
陷变形范围内的部分湿陷性黄土层两种.前者在于消除建筑物地基的全部湿陷量;后者在于消除建筑物地基的
部分湿陷量.
(1)消除建筑物地基全部湿陷量的处理厚度
试验研究成果表明,在非自重湿陷性黄土场地,仅在上覆土的自重压力下受水浸湿,往往不产生自重湿陷
或自重湿陷量小于7cm,在外荷作用下,建筑物地基受水浸湿后的湿陷变形范围,通常发生在基础底面以下各
土层的湿陷起始压力值(P小于或等于该层底面处的附加压力(P五)与土的自重压力(P之和的全部湿陷性黄土
层内,湿陷变形范围以下的湿陷性黄土层,由于附加应力很小,地基即使充分受水浸湿,也不会产生湿陷变形,
故对非自重湿陷性黄土地基,消除其全部湿陷量的处理厚度,应将基础底面以下附加压力与上覆土的饱和自重
压力之和大于或等于湿陷起始压力的所有土层进行处理,
即t+P≤P
(1)
式中P厂地基处理后下卧层顶面的附加压力(kPa);
P厂地基处理后下卧层顶面的土自重压力(kPa);
P一地基处理后下卧层顶面土的湿陷起始压力(kPa).
当湿陷起始压力资料不能满足设计要求时,消除地基全部湿陷量的处理厚度,可按受压层深度的下限确
定,处理至附加压力等于土自重压力20~/6(即P=0.2P0的土层深度止.
在自重湿陷性黄土场地,建筑物地基浸水时,外荷湿陷与自重湿陷往往同时产生,处理基础底面下部分湿
陷性黄土层,只能减小地基的湿陷量,欲消除建筑物地基的全部湿陷量,应处理基础底面以下的全部湿陷性黄
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土层.
(2)消除建筑物地基部分湿陷量的处理厚度
根据湿陷性黄土地基充分受水浸湿后的湿陷变形范围,消除地基部分湿陷量,应主要处理基础底面以下湿
陷性大(8,≥0.07,8≥0.05)及湿陷性较大(8l≥0.04,8矗≥0.o3)的土层,因为贴近基底下的上述土层,附加应力大,
并容易受管道和地沟等漏水引起湿陷,故对建筑物的危害性大.
工程实践表明,消除建筑物地基部分湿陷量的处理厚度太小时,一是地基处理后的剩余湿陷量大,二是防
水效果不理想,难以做到阻止生产,生活用水以及大气降水渗入下部未处理的湿陷性黄土层,潜在的危害性未
全部消除,因而不能保证建筑物不发生湿陷事故.
基底下拟处理的湿陷性黄土层厚度越大,传至下卧层顶面的附加应力越小,剩余的湿陷性黄土层和湿陷量
则越小,建筑物在使用期间,地基受水浸湿的机率和产生湿陷变形的可能性也越小.
建筑物的调查资料也说明,当地基处理后的剩余湿陷量大于22cm时,建筑物在使用期间,地基受水浸湿
均产生严重或较严重的湿陷事故;当地基处理后的剩余湿陷量介于22~13cm时,建筑物在使用期间,地基受水
浸湿均产生轻微湿陷事故,见表1.
从上述调查资料的工程实例来看,国家现行规范"GBJ25--90规定乙,丙类建筑地基处理后的剩余湿陷量
分别不应大于20cm和不宜大于30cm,显得偏大,不利于确保建筑物在有效期内安全使用.
考虑乙类除部分多层建筑外,还包括高度为24,"60m的高层建筑,高度为50'-'100m的高耸结构以及地基受
水浸湿可能性较大的重要建筑等,其重要性仅次于甲类建筑,基础之间的沉降差亦不宜过大,防止建筑物产生
不允许的倾斜和裂缝.为此,对乙类建筑,要求消除其地基部分湿陷量的最小处理厚度:
在非自重湿陷性黄土场
地,不应小于受压厚度的2/3,在自重湿陷性黄土场地不应小于湿陷性黄土层厚度的2/3,且下部未处理湿陷性
黄土层的剩余湿陷量不宜大于10cm.
建筑物的湿陷事故和地基处理后剩余湿陷量的关系表1
单位工程名称总湿陷量处理厚度剩余湿陷量
浸水原因损坏程度
名称(cIl1)(m)(cm)
第二分厂(西南
兰石701.547水管冻裂漏水严重
角)
兰石锻钢车间(北跨)461.037地面和室外浸水严重
兰石锻铁车间291.024室内地面和管沟漏水严重
兰棚.空气压缩站551.047地沟漏水严重
兰棚.锻工车间593.525下水倒灌较严重
兰铁热处理车间413.533地沟漏水严重
兰钢一樵查问402.030电炉循环水浸入地基严重
兰钢=车间r副路311.524地沟漏水严重
安宁某厂1号r房301.024下水堵塞,室内漏水严重
兰棉纺织车间291.224明沟漏水较严重
兰机大联合车间503.522室内下水倒灌轻微
兰铁锻工车间(主跨)415.122室外水管冻裂漏水轻微
兰钢二轧车间271.520明沟漏水轻微
兰钢15号厂房403.017下水管道漏水轻微
兰钢三轧车间(主跨)241.516室内明沟漏水轻微
岷山厂锻工车间231.513室外雨水浸入地基轻微
注:
剩余湿陷量是湿陷性黄土地基的总湿陷量减去基底下已处理土层的湿陷量.
2005年4月总第118期陕西建筑
当湿性黄土的厚度大或基底宽度大,处理2/3受压层或2/3湿陷性黄土厚度确有困难时,在建筑物范围内
可采用整片处理.因为整片处理既能消除拟处理土层的湿陷量,又具有较好的防水,隔水作用.整片处理湿陷性
黄土的厚度:
在非自重湿陷性黄土场地,不应小于4m;在自重湿陷性黄土场地,不应小于6m,且下部未处理湿
陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于15cm.
丙类建筑包括多层办公楼,住宅楼,教学楼等,建筑物的内外一般装有上,下水管,使用期间建筑物局部范
围内存在漏水的可能性,消除地基部分湿陷量的最小处理厚度,可采用表2中的数值.
丙类建筑消除地基部分湿陷量的最小处理厚度㈤表2
地基湿陷湿陷类型
等级非自重湿陷性黄土场地自重湿陷性黄土场地
I2.O2.O
Ⅲ3.O
Ⅳ4.O
在Ⅲ,Ⅳ级自重湿陷性场地,对多层丙类建筑地基宜采用整片处理,且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿
陷量不应大于20cm.
(3)下卧层的验算
湿陷性黄土地基经处理后,土的干密度增大,压缩性降低,承载力提高.其提高的幅度与处理方法及处理前
土的性质有关,并可通过现场静载荷试验,静力触探试验等方法确定,也可结合当地建筑经验确定,下卧层顶面
的承载力应符合下式要求:
P<e
(2)
式中:
P广下卧层顶面的附加压力a);
P下卧层顶面的土自重压力Oa'a);
卜下卧层顶面经深度修正后的承载力设计值Oa'a).
地基处理后,下卧层顶面的附加压力Pz,对条形基础和矩形基础,可分别按下列公式计算:
条形基础
(3)
矩形基础
Pz=研(4)
式中条形(或矩形)基础底边的宽度㈤;
l——矩形基础底边的长度㈤,
基础底面的平均压力设计值Ocea);
z——基础底面至处理土层底面的距离㈣;
e——地基压力扩散线与垂直线的夹角,一般为22.O.,用素土处理宜取小值,用灰土处理宜取大
值,当处理厚度小于基底短边宽度的1/4时(epZ<O.25b),取0=0.
4湿陷性黄土地基处理宽度的确定
陕西建筑2005年4月总第118期
建筑物的地基处理,在平面上可分为局部处理和整片处理.前者是在独立(方形或矩形)基础或条形基础底
面下进行处理,使基底压力得以扩散,以减小下卧层顶面的附加应力;后者是在整个建筑物的平面范围内(包括
基础底面以下)进行处理,以增强防水效果.
在未处理的湿陷性黄土地基上所作的浸水载荷试验结果表明,面积较小的独立基础和条形基础下,土的侧
向位移约占总湿陷量40-'60%,其侧向位移范围一般发生在距基底边缘0.5"-0.75倍的基础宽度内,因此,为防止
或减小湿陷性黄土地基的湿陷变形,应将基础下可能发生侧向位移的所有土层包括在处理范围以内.以阻止其
侧向挤出.局部处理超出基础底面的宽度:
对非自重湿陷性黄土地基,每边不宜小于基础短边长度的0.25倍,
并不应小于0.5m;对自重湿陷性黄土地基,每边不宜小于基础短边长度的0.75倍,并不应小于1.0m.也可分别
按下式计算:
非自重湿陷性黄土地基
A=I.5a(b+0.5a)(5)
自重湿陷性黄土地基
A=2.5a(b+1.5a)(6)
式中A——拟处理地基的面积(m2);
a,b——分别为基础底面短边和长边的长度(m).
局部处理超出基础底面的宽度较小,地基处理后,地面水及管道漏水等仍可从基础侧向渗入下部未处理的
湿陷性黄土层引起湿陷,对地基受水浸湿可能性大的建筑物,不宜采用局部处理.
整片处理超出建筑物外墙基础外缘的宽度,每边不宜小于拟处理湿陷性黄土层厚度的1/2,并不应小于
2m.整片处理兼有防水,隔水作用,在地下水位不可能上升的自重湿陷性黄土场地,当未消除地基的全部湿陷
量时,对地基受水浸湿可能性大或有严格防水要求的建筑物,宜采用整片处理;当地下水位有可能上升时,应考
虑水位上升后,对下部未处理的湿陷性黄土层引起湿陷的可能性.
5湿陷性黄土地基常用处理方法的选择
湿陷性黄土地基处理,应根据建筑物的类别,场地的湿陷类型,湿陷性黄土的厚度,湿陷系数,自重湿陷系
数,湿陷起始压力沿土层深度的分布,并考虑因地制宜,就地取材,保护环境以及施工条件的可能性等因素,通
过技术经济综合分析比较后,可选用表3中的一种或几种相结合的处理方法.
湿陷性黄土地基常用的处理方法表3
一
般可处理基础下
名称适用范围
的湿陷性土层厚度(m)
素土地下水位以上的湿陷性黄土,局部或整
垫层法13灰土
片处理
强夯39夯实法s≤60%的湿陷性黄土
局部或整片处理重夯12
成孔挤密5—13挤密法
∞≤24%,S≤70%的湿陷性黄土,局部或整片处理孔内夯实挤密520
Ⅲ,Ⅳ级自重湿陷性黄土地基,可消除地面下6m以上,可用土(或灰土)
预浸水法
地面下6m以下土层的湿陷性垫层法或夯实法处理
单液硅化法≤20化学加固法一
般用于加固地下水位以上的既有建筑物地基碱液加固法≤10
地基处理施工前,对已选定的地基处理方法,宜在有代表性的场地上进行试验或试验性施工,通过必要的
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测试,以检验设计参数和处理效果,当不满足设计要求时,应查明原因采取措施或修改设计.
当采用垫层法,夯实法或挤密法处理湿陷性黄土地基时,应根据工程要求使用素土或灰土作填料,但不得
使用砂,石等粗颗粒的透水性材料作填料,以防止浸湿未处理的湿陷性土层引起湿陷.在雨季,冬季选用上述方
法,施工期间,应采取防雨,防冻措施,保护备好的土料和灰土不受雨水淋湿或冻结,并应防止地面水流人已处
理和未处理的基坑或基槽内.
当基础荷载大,采用地基处理方法的承载力不能满足设计要求时,则应采用桩基础(包括扩底或不扩底的
灌注桩和静力压人或打人的预制桩)穿透湿陷性黄土层,使桩底端支承在压缩性低的非湿陷性土(岩)层中.这
样,当桩周土受水浸湿,桩侧的正摩阻力转化为负摩阻力时,桩顶的上部荷载,便可由桩底端下部非湿陷性土
(岩)层所承受,同时桩基地基也不致因浸水引起湿陷.
6结语
近些年来,随着我国湿陷性黄土地区基本建设事业的发展,建设用地日趋紧张,许多大型工程建设项目不
得不建造在大厚度的湿陷性黄土场地上,因而地基处理的深度和难度越来越大,而现有的地基处理方法(包括
高能量强夯和孑L内夯实挤密法等),一般只能消除基底下10"--20m地基土的湿陷性,当基底下的湿陷性黄土层厚
度大于20m时,往往需要采用桩基础穿透湿陷性黄土层予以处理,因而工程造价也越来越高,为了使处理后的
地基技术先进,经济合理,确保质量,今后尚应研究和开发行之有效的处理大厚度湿陷性黄土地基的新方法,以
满足高,重型建筑地基处理的需要.
依据标准及参考文献:
【1]1国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范)GBJ25--90,中国计划出版社,1991年1月
【2]国家行业标准《建筑地基处理技术规范》JGJ79—91冲国计划出版社,1992年9月
【3]钱鸿缙等编着《湿陷性黄土地基》中国建筑工业出版社,1985年9月
国内两公司联手研制出新型复合涂料
日前,河北硅谷化工有限公司与华北电力集团公司华北电力科学研究院攻克了防污闪世界
性难题,联合研制成功新一代PRTV电力设备外绝缘用就地成型永久性防污闪复合涂料.据有关
专家测算,该项成果每年可为国家减少因污闪停电造成的损失3000亿元.
PR1,,电力设备外绝缘用就地成型永久性防污闪复合涂料,具有超过热硫化硅橡胶的物理
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达TMA4,5级,阻燃性达F\,一0级,抗电弧,在异常情况下能有效保护电瓷设备不受损害.同时它
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