张江成，仇丽波

（西部宝德科技股份有限公司，陕西 西安 710299）

0 引言

湿陷性黄土在我国广泛分布于中西部地区:甘肃、陕西、河南、山西、河北以及内蒙古和山东部分地区，其土质疏松且孔隙率较大，在工程建设时需要进行特殊处理［1］。湿陷性黄土在其回填土自身重力和附加应力共同作用下，会因浸水导致土的结构破坏而使其进一步变形。基于此，在工程建造中会对建筑物结构有较大的危害，多数会在工程结构内部产生裂缝或局部下沉，严重的将使整个结构体系失稳甚至发生坍塌［2］。因此，对工程建设区域进行湿陷性黄土的分析以及应对处理是十分必要的。

1 湿陷性黄土的工程特性与评价

基于工程施工经验，湿陷性黄土可分为以下三方面特性。

①湿陷性，湿陷性黄土中含有大量可溶性盐，其中易溶性盐类包括钠、钾、镁、钙的氯化盐类以及硝酸盐类；还有石膏以及碳酸钙成分的中溶性盐和难溶性盐。当地表水侵蚀土壤使含水量增加后，大量盐类物质溶解致使土壤的稳定结构被破坏，原本对土粒的胶结作用被明显削弱。部分瓦解后的土壤颗粒逐步随自身重力作用向下沉积，当与下层土粒接触后形成的牵引力大于自身重力时土壤的疏松结构持续扩大直至演变为大规模的形变沉降。②胀缩性，这一特性是指湿陷性黄土内部遇水浸润后其内部结构发生膨胀，但在水分干燥蒸发后出现回缩现象。这样交替出现吸水膨胀和失水回缩，导致其表面和内部出现大量延展性裂纹，直接影响后续地基承载能力。③崩解性，基于湿陷性黄土的胀缩性，当黄土浸湿后土粒间联结程度大幅削弱，最终导致内部结构瓦解［3］。

在项目开工前由地质勘察单位须对施工地区进行地质勘察工作，并在报告中对该区域黄土湿陷性作出系统性评价，通常从 3 个部分展开:第一判定拟建区域黄土土层是否具有湿陷性，测定黄土土层的垂直与水平分布、厚度，地下水位的埋深等；第二若具有湿陷性，判定是自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土；第三判定黄土的湿陷等级。根据 GB 50025－2018《湿陷性黄土地区建筑规范》的规定，测定黄土的湿陷性试验，通常有现场静载荷试验、现场试坑浸水试验和室内压缩试验 3 种方法［4］，本项目通过静载荷试验进行测试。湿陷系数仅表示测试地区的黄土是否具有湿陷性，但并不能等同于评价整个地基的湿陷性。目前我国建筑行业对于地基的湿陷性评价，主要用湿陷类型和湿陷等级两个指标来描述。

2 湿陷性黄土地基处理措施

当前，国内外广泛使用的地基处理方法按土体加密、土体加固和荷载传递这三种地基处理原理进行分类［5］。我国目前大多数采用的是土体加密法，该方法原理是通过填压介质对原地基土体进行夯实以提高其密实度，削弱黄土的湿陷性从根本上提高地基承载力。根据工艺可将其分为:重锤表层夯实法、强夯法、冲击压实法、灰（土）垫层法、生石灰桩法、挤密（灰）土桩法、微型挤密灌注短桩法、电火法压密法和气爆压密法等。本项目采用挤密灰土桩法对地基进行处理。

挤密桩法加固机理如图1 所示，先通过原位深层挤压成孔对桩间土加密，随后与夯实灰土的桩体构成高承载力的人工复合地基。本工程选用挤压打孔而非螺旋钻的方式，能够最大程度对桩间土土体进行横向加密。将灰土桩打入挤压孔时，原本已经被挤压的土体再次受到较大的水平向挤压作用，随着桩体被不断夯实，桩间土与灰土桩之间紧密联结，相邻灰土挤密桩会构成类似模板、框架的约束结构，进而在湿陷性黄土整体结构中形成多个强制性的挤密区域。此时桩体不仅能够分担载荷并对土体产生侧向约束作用，同时提高地基承载力和变形模量，最终起到消除湿陷性的效果。

图1 灰土挤密桩法加固机理示意图

3 湿陷性黄土某工程实例分析

某新建厂房位于西安市高陵县泾渭工业园，建设场地地势平坦，勘探点地面标高介于 388.06～388.70 m，最大高差 0.64 m，地貌单元属泾河右（北）岸二级阶地，地质情况如表1 所示。

表1 土质湿陷性概况

本工程为门式钢架结构，地上一层局部二层独立基础厂房，地基基础设计等级丙级，根据地基土湿陷性检测报告判定拟建场地为自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级为 Ⅲ 级（严重）。根据本工程结构及场地地质条件，本工程采用灰土挤密桩法（DDC 工法）进行地基整片处理，采用长螺旋钻，钻孔直径 400 mm，宜从外向里间隔 1～2 孔进行，成孔后要求及时检查桩孔质量，夯后（锤重 1.5 t～2 t）桩径≥550 mm，有效桩长 6.5 m，桩位排布为三角形，孔底在填料前必须夯实，填料采用 3∶7 灰土，并分层回填夯实，压实系数≥0.97，桩间土挤密的平均挤密系数≥0.93。桩施工后，需破除 500 mm 后虚桩头，然后按图示边线整片处理 500 mm 厚灰土垫层，灰土垫层压实系数≥0.97，要求处理后的地基承载力特征值≥200 kPa，本工程灰土挤密桩布置图如图2 所示。

图2 灰土挤密桩试桩位置示意图

4.1 灰土挤密桩的设计要求

灰土挤密桩桩顶标高 -2.6 m，孔径 400 mm，设计要求经夯实后桩径≥550 mm，有效桩长 6.5 m，桩间距 900 mm，等边三角形布桩，桩身填料为 3∶7 灰土。总桩数 10 383 根，地基处理面积约 7 280 m2。上部褥垫层采用 3∶7 灰土，厚度 0.5 m。①灰土挤密桩复合地基承载力特征值≥200 kPa；②灰土挤密桩桩间土平均挤密系数≥0.93，桩体灰土压实系数≥0.97。③消除灰土挤密桩处理深度范围内桩间土的湿陷性。④褥垫层压实系数≥ 0.97。

4.1.1 桩间距的计算

若参照 JGJ 79－2012《建筑地基处理技术规范》7.5.2-1 公式，如式（1）所示。

式中，S为桩孔之间的中心距离，m；d为桩孔直径，m；ρdmax为桩间土的最大干密度，t/m3；ρd为地基处理前土的平均干密度，t/m3；ηc为桩间土形成孔挤密后的平均挤密系数，不宜小于0.93。取最大干密度 1.75 g/m3，平均挤密系数 0.94。

若参照 GB 50025－2018《湿陷性黄土地区建筑规范》6.4.2 公式，如式（2）所示。

式中:S为桩心距，m；ρsmax为击实试验的最大干重度，g/m3；D为挤密填料孔直径，m；ρdo为地基挤密前压缩层范围内各层土的平均干密度，g/cm3；d为预钻孔直径，m；为挤密填孔（到达D）后 3 个孔之间的平均挤密系数，不宜小于 0.93［6］。

取最大干重度 1.75 g/m3，干重度 1.37 g/cm3，平均挤密系数 0.94，预钻孔直径 0.3 m。在本工程中，参照以上式（1）并结合拟建场地的黄土湿陷性程度，最终确定桩间距为 0.9 m。

4.1.2 复合地基承载力特征值的计算

根据 JGJ 79－2012《建筑地基处理技术规范》7.1.5，散体材料增强体复合地基承载力特征值应通过复合地基静载荷试验和其周边土的承载力特征值并结合经验确定，估算如式（3）所示。

式中:fspk为复合地基承载力特征值，kPa；fsk为处理后桩间土承载力特征值，kPa，通常各地区因土质不同以经验确定，并且需考虑原土强度、类型等；n为复合地基桩土应力比，按地区不同以经验确定，或通过试验确定［7］，如式（4）所示。

式中:m为面积置换率。d为桩身直径，m；de为每根桩承受的处理地基面积的等效圆直径，m；本工程采用等边三角形布桩，因此de=1.05Sde，S为桩间距。

4.2 灰土挤密桩的施工处理

施工前，对拟建场地基础范围以外三处位置（西北角、中心处、东南角），共计 21 根，按照设计要求进行试桩（见图2），以获得挤密系数、压实系数等必要施工参数和实际数据，并根据已测结果判定黄土湿陷性消除效果。根据灰土挤密桩试桩结果表明，以上三处试桩点的复合地基承载力特征值≥200 kPa，桩间土挤密系数平均值为 0.94，桩体灰土压实系数平均值为 0.98，满足设计要求。经动土前土质勘验和灰土挤密桩处理深度范围内各项参数报告，可认为其湿陷性基本消除。设计人员根据试桩试验报告检测结果确认施工方可进行工程桩施工。

施工工艺流程［8］如图3 所示。

图3 施工工艺流程图

施工要点:在打孔过程中，按照成孔挤密的顺序，采用隔排跳打的方式成孔，成孔后需要对孔深、孔径、垂直度指标进行检测并严格记录，判定合格后方可进行下一步。灰土拌合时，预先测定石灰土的灰剂量和含水量以确保拌合后灰土满足设计要求，再对土与石灰分别过筛，之后及时回填。安装好夯填机进行灰土夯填时，须确保拔锤直至回落声音呈清脆声说明已充分夯实。每次夯填时，必须做到均匀下料，均匀夯击，且填料虚土厚度不宜过多、填料速度也不宜过快。在夯填时严格依照试验所确定参数进行夯填并对其进行全面过程检测，确保压实系数≥0.97。

桩孔夯填完成后，设计建设部门必须对不同深度的桩孔间土样进行平均挤密系数、桩体压实系数和复合地基载荷试验的测定，并对湿陷性消除效果进行评价。检测结果如表2、3 所示。桩间挤密系数测定值为 0.94，符合等边三角形布桩时桩间挤密系数≥0.93 的设计要求。压实系数测定值为 0.98，也符合设计要求。

表2 干密度试验成果（挤密系数）

表3 干密度试验成果（压实系数）

在该工程灰土挤密桩施工结束后七天，第三方设计建设单位采用静载荷法对其进行检验，测试结果加固后的地基承载力达到 215 kPa，说明挤密桩桩体及周围桩间土整体得到了有效加固，再次证明该区域的土地湿陷性得到部分消除，进一步增强了项目施工区域内的地基的整体承载能力。

5 结语

湿陷性黄土因其特殊性，在前期勘察阶段必须完全根据其工程特性制定相应地基处理措施，在地基加固阶段必须监督施工过程是否严格按照图纸进行，并且后期做好工程维护如防水工作等。通过前期设计以及施工处理，最终检测后可判定该工程项目拟建区域黄土湿陷性得到了有效消除。