李晓明

（中铁三局集团第六工程有限公司，山西 晋中 030600）

1 正确认识和评价黄土湿陷性

《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5—2005）中明确指出：黄土的湿陷性应按湿陷系数判定。湿陷系数是根据室内浸水至饱和后进行压缩试验，在一定压力下的测定值。当湿陷系数小于0.015时，定为非湿陷性黄土，当湿陷系数等于或大于0.015时，定为湿陷性黄土。

湿陷性黄土的湿陷程度根据湿陷系数δs的大小分为3种：

（1）当0.015≤δs≤0.03时，湿陷性轻微。

（2）当0.03<δs≤0.07时，湿陷性中等。

（3）δs＞0.07时，湿陷性强烈。

2 湿陷性黄土地基对桥涵等建筑物的影响

在湿陷性黄土地区修建铁路和公路，主要是稳定与沉降变形问题。黄土具有直立性，在冲沟地段，道路填方高度一般都较高（个别地段填方高达19 m），不仅要考虑基础的倾覆稳定，还要考虑桥涵连同土坡或路基沿滑动弧面滑动的稳定性。桥涵病害也常常是由沉降引起的。国家铁路设计标准高、交通量大、车速高、路基填土高、湿陷性黄土地基的稳定与沉降问题就显的较为突出，这也是《铁路桥涵地基和基础设计规范》中把湿陷性黄土地基作为专门一类特殊地基的原因之一。

3 湿陷性黄土地基处理方法的选择原则

黄土湿陷的内因是土的多孔性及不抗水的颗粒间联结，其外部原因则是水的浸蚀。因此选择地基处理方法，应根据建筑物的重要性和它对沉降的敏感程度、地基被浸水的可能性、地基土的湿陷类别和湿陷等级、土的变形和强度、地下水的可能变化情况和洪水淹没的可能性，并考虑施工设备、施工进度、材料来源和当地环境等因素，经技术经济综合分析比较后确定。

4 西安铁路枢纽改扩建工程地基处理方法

西安铁路枢纽位于渭河一、二级阶地交界处，地形开阔，地势略有起伏，地面高程一级阶地一般为366～367.5 m之间，二级阶地一般为370～400 m之间，一、二级阶地相对高差约14～18 m。地表层多已开垦为农田，地表60 m以下范围内出露的地层主要有第四系全新统冲积黏质黄土（分布于渭河一级阶地表层），第四系上更新统冲积黏质黄土（分布于渭河二级阶地表层），其下为中更新冲积砂类土、粉质黏土。锅底状地貌分布较多，地表土多为黏质黄土，土质尚均匀，具大孔隙，有虫孔，含钙质结核，硬塑为主，Ⅱ级普通土，具有不同程度的湿陷性；湿陷层厚达16～18m。因此，在本工程中选用了多种地基处理方法。

4.1 垫层法

垫层法处理地基是以土治土的一种方法。这种方法在我国已有悠久的历史，积累了丰富的成功经验。垫层法分素土垫层和灰土垫层等。

4.1.1 垫层法的适用条件

（1）仅要求消除基础底下土层的湿陷性时。

（2）当要求提高土的承载力或同时要求增强土的水稳性时，宜采用灰土垫层或整片灰土垫层。

（3）地下水位以上。

（4）处理厚度1～8 m。对于严重和很严重的自重湿陷性黄土，对重要性建筑物地基宜采用整片处理。

4.1.2 垫层法的技术要求

（1）垫层法的质量用压实系数控制，并应符合下列规定：小于或等于3 m的土（或灰土）垫层，不应小于0.95。大于3 m的土（或灰土）垫层，其超过3 m部分不应小于0.97。

垫层厚度宜从基础底面标高算起。压实系数λc可按式（1）计算：

式中：λc：压实系数；

ρd：土（或灰土）垫层的控制（或设计）干密度，g/cm3；

ρdmax：标准击实试验测得土（或灰土）的最大干密度，g/cm3。

（2）垫层的承载力特征值。垫层的承载力特征值，应根据现场原位（静载荷或静力触探等）试验结果确定。当无试验资料时，对上垫层不宜超过180 kPa，对灰土垫层不宜超过250 kPa。

（3）垫层的配合比。施工土（或灰土）垫层，应先将基底下拟处理的湿陷性黄土挖出，并利用基坑内的黄土或就地挖出的其他黏性土作填料（灰土应过筛和拌合均匀），然后根据所选用的夯（或压）实设备，在最优或接近最优含水率下分层回填、分层夯（或压）实至原地面标高以上。

灰土垫层中的消石灰与土的体积配合比，宜为2∶8或3∶7。

当无试验资料时，土（或灰土）的最优含水率宜取该场地天然土的塑限含水率为其填料的最优含水率。

值得注意的是用黄土作垫层的填料，与用一般黏性土一样，虽然其他地基参数都能达到，但其湿陷性并不是任何ρdmax都能消除的，这是黄土垫层同其他一般土垫层的最大区别。

另外，灰土中使用的石灰应不低于3级，即生石灰中的活性氧化物（CaO+MgO）不应少于60%。当石灰级别偏低，或石灰夹杂物较多时，应适当增加石灰剂量。

（4）垫层的处理范围。整片垫层平面处理范围，每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度不应小于其厚度，并不应小于2.0 m。

4.2 强夯法

本法借助夯锤自由下落的强大冲击能和所产生的冲击波反复夯压地基土，将夯面以下一定深度内的土层夯压密实，从而提高地基承载力和稳定性（降低压缩性、消除湿陷性或振动液化性），使地基土得以加固处理，以满足上部建筑物的要求。

关于强夯法的实际运用问题，我国有一套较好的实践经验：①夯击法的布置：一般按方格网或梅花状布置，夯击点间距和夯击遍数与所需加固土层深度有关。需加固土层较深时间距应大些，反之应小些；第一遍夯击间距应大些，以后几遍间距应小些。夯击点间距一般为5～15 m。②夯击点的夯击击数：击数与夯击能大小有关，但以使土体竖向压缩最大、侧向位移最小为原则，一般为5～10击。③夯击遍数：一般为1～8遍。含细颗粒多、透水性弱的地层，加固要求高的工程夯击遍数宜多些，反之可少些。两遍之间的间隔时间取决于孔隙水压力的消散情况，一般为2～4周。④强夯加固范围：一般比拟建建筑物的范围略大些，通常宽出1/2～1H（H为所需加固土层的深度）。

4.2.1 强夯法的适用条件

（1）地下水位深度应低于需处理的深度以下0.5～1.0 m。

（2）处理深度以内土的含水率应接近土的塑限含水率，饱和度小于60%。

（3）施工时周围环境对夯击振动无严格限制。

（4）湿陷性黄土厚度3～12 m时。

（5）在拟夯土层内，当土的含水率小于10%或大于塑限含水率ωρ+3%时，对前者施工前应加水增湿至塑限含水率；对后者应采取措施适当降低含水率。

4.2.2 强夯法的机具设备及参数的确定

（1）覆带起重机稳定性好、耐振动，要求起重能力不小于夯锤重的1.5倍，吊臂长度应保证夯锤起吊高度的要求，吊臂在满足起重重量下，回转半径不小于6 m；为防止夯锤在空中脱钩后仰，在吊臂中段应加设弹性支撑。

（2）夯锤重力为100～200 kN，落距为10～20 m，锤底静压力为25～40 kPa，锤底直径为2.3～3.0 m。

（3）消除湿陷性土层厚度，即按式（2）计算：

式中：H：消除湿陷性土层厚度（m），从夯击终止时的夯面算起，至δs<0.015土层顶止；

Q：夯锤重力，kN；

h：夯锤落距，m；

a：因土质而异的修正系数，一般取0.3～0.5，土的含水率适中时取大值，其他情况可取小值。

4.2.3 强夯法的效果

湿陷性黄土地基经强夯法处理后，一般可转变为非湿陷性地基；自重湿陷性黄土经强夯法的处理，上层有5～8 m厚的土层形成隔水层，对下部未处理的湿陷性土层起到良好的防水保护作用。湿陷性黄土地基经强夯法处理后，可用来作为荷载大、严格控制不均匀变形的建（构）筑物的地基。

实践证明，应用强夯法处理湿陷性黄土地基，质量好、工期短、造价低，具有显著的技术经济效果。在湿陷性黄土地区推广应用强夯法，对改变当前处理地基工期长、费用高的局面，加快建筑速度，降低工程造价有现实意义。

4.3 挤密法

1968年以来，对湿陷性黄土地基处理，我国开始大量采用挤密桩方法，并取得了良好的技术、经济效果。

4.3.1 灰土挤密桩处理地基的适用条件

（1）地下水位以上。

（2）处理深度以内土的饱和度Sr<65%。

（3）湿陷性黄土厚度<20 m。

4.3.2 挤密桩的技术要求

（1）采用挤密法时，对甲、乙类建筑或在缺乏建筑经验的地区，应于地基处理施工前，在现场选择有代表性的地段进行试验或试验性施工，试验结果应满足设计要求，并应取得必要的参数再进行地基处理施工。

（2）挤密孔的孔位宜按正三角形布置。孔心距可按式（3）计算：

式中：S：孔心距，m；

D：挤密填料孔直径，m；

d：预钻孔直径，m；

pdo：地基挤密前压缩层范围内各层土的平均干密度，g/cm3；

pdmax：挤密填孔（达到D）后，3个孔之间土的平均挤密系数，不宜小于0.93。

（3）孔底在填料前必须夯实。孔内填料宜用素土或灰土，必要时可用强度高的填料如水泥土等。当防（隔）水时，宜填素土；当提高承载力或减小处理宽度时，宜填灰土、水泥土等。填料时，宜分层回填夯实，其压实系数不宜小于0.97。

（4）成孔时可选用沉管（锤击或振动）、爆扩、夯扩、冲击等方法。含水率ω<10%或ω>23%的地基土不宜用爆扩挤密。

（5）成孔挤密宜由外向里，间隔分批进行，并应预留扰动层。其厚度当机械孔时为0.3～0.7 m，爆扩成孔时为1～2 m。

（6）处理范围：①局部处理的非自重湿陷性黄土地基，每边应超出基础边缘0.25 B（B为基础宽度），不应小于0.5 m。②局部处理自重湿陷性黄土地基，每边宜超出基础边缘0.75 B，并不应小于1 m。③整片处理，每边超出建筑外墙外缘的宽度，不宜小于处理厚度的1/2。

4.4 荷载传递法-桩基础

采用桩基础穿过湿陷性黄土层免受地基湿陷的危害，是很早就应用的一种地基处理方法。

湿陷性黄土地基有时太厚，用其他方法处理难度大、不经济；或是建筑物很重要，对地基变形量的控制要求很高，其他处理措施难以达到，此时采用荷载传递法较好。即将上部结构的荷载通过穿过整个湿陷性黄土层的桩基础传递给下部坚实的非湿陷性土层。这种方法的特点是具有很高的可靠性，上部土层即使浸水，也可完全避免因上部土层湿陷性而造成的危害。其次，桩基础承载高、沉降速率慢、沉降量小而均匀。

实际上，这种方法已超出了湿陷黄土地基的处理范围，它已不把湿陷性黄土层作地基使用了，而将其下部坚实的非湿陷性土层作为地基，作为荷载的最终承受单元。但可将这种方法视作地基处理的一种极端措施。

5 结束语

铁路或公路经过湿陷性黄土地区，对湿陷性黄土地基处理问题的研究越来越受到有关方面和科研技术人员的重视。设计人员在掌握了解了详细的勘察资料后，应根据当地的具体情况和积累的实践经验，通过必要的分析和计算，确定湿陷性黄土地基是否需要处理，采用什么处理方法经济合理有效。在设计和施工中还可以结合具体工程条件，采用其他（如预浸水法、碎石桩法等）经试验或工程实践证明行之有效的方法。

施工人员对湿陷性黄土地基问题既要十分重视，又不能过于保守，合理选用处理黄土湿陷性方法，这对加快建筑速度、降低工程造价具有现实意义。