湿陷性黄土地基的处理方法(灰土挤密桩法等)

湿陷性黄土地基的处理方法

湿陷性黄土地基处理的方法很多，在不同的地区，根据不同的地基土质和不同的结构物，地基处理应选用不同的处理方法。在勘察阶段，经过现场取样，以试验数据进行分析，判定

1属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土，以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别

后，通过经济分析比较，综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。最后选择一个最合适的地基处理方法，经过优化设计后，确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。所采用的有垫层法、强夯法、灰土桩挤密法、深层搅拌桩法、振冲碎石桩法等。本文根据近几年在公路建设中所见所闻，浅述一些自己的看法和建议与同行共同讨论。

3.1灰土和素土垫层法

3.1.1将基底以下湿陷性土层全部挖除或挖至预计的深度，然后以灰土或素土分层回填夯实。垫层厚度一般为1.0～3.0m 。它消除了垫层范围内的湿陷性，减轻或避免了地基因附加压力产生的湿陷，可以使地基的自重湿陷表现不出来。这种方法施工简易，效果显着，是一种常用的地基浅层处理或部分湿陷性处理方法，经这种方法处理的灰土垫层的地基承载力可达到300KPa(素土垫层可达200KPa) 且有良好的均匀性。

3.1.2施工中应注意的问题：(1)地基土的含水量，对于含水量较大，或曾局部基坑进水者，要采取相应的措施(如凉晒等) ，严格控制灰土(或素土) 的最佳含水量，对接近最佳含水量时，宁小勿大，偏大时土体强度则显着下降，变形明显增大。(2)垫层处理的宽度要达到规范要求，使碾压设备能充分碾压到位，还使形成的垫层压实度产生差异。(3)严把质量关，施工中碾压分层的厚度不宜大于30cm ，并逐层检测压实度，达到设计规范要求。

3.2强夯法

3.2.1强夯法亦称动力固结法，通过重锤的自由落下，对土体进行强力夯实，以提高其强度，降低其压缩性，该法设备简单，原理直观，适用广泛，特别是对非饱和土加固效果显着。这种方法加固地基速度快，效果好，投资省，是当前最经济简便的地基加固方法之一。

3.2.2施工中注意的问题

(1)首先在设计阶段，应考虑湿陷性黄土处于哪一种类别、等级，以及场地等因素，因为强夯的夯击能量，夯点布置，夯击深度，夯击次数和遍数等因场地而异，土的含水量、孔隙比及夯击的单位面积夯击能对湿陷性黄土的强夯有效加固深度起着重要的作用。在经过试夯后确定出设计参数，确定施工设计方案，因此不经试夯确定施工参数往往会给工程造成后患。

(2)由于强夯影响深度内土的含水量差异，会导致局部处理效果不佳，对于此种情况必须采取土的增湿或减湿措施，以免出现橡皮土情况。如有此种情况，应立即停止夯击，当凉晒一定时间后，在夯击坑内加入碎石类的粗骨料，继续夯击。

(3)施工中在控制关键工序上严把质量关，因为一份设计提供后，锤重、落距、夯点布置等是没有随意性的，而唯一可能被人为改变的是夯击次数，因在试夯时根据最后夯击的沉降量来确定夯击次数的，当别的参数已确定后，它就成为影响处理的唯一因素，所以施工中应以它为质量控制的关键工序管理点。

(4)强夯结束后，检测的重点是判定它的有效加固深度是否达到设计要求，因为有效加固深度的第一标准应是消除湿陷性，也就是以δs＜0.015作为判别指标。所以检验手段应采用探井取不扰动土试样进行检测。当这一指标达到要求后，一般情况下对承载力的要求等也均可满足。

3.3深层搅拌桩法 1 非自重湿陷性黄土non self weight collapsing loess非自重湿陷性黄土是指黄土浸水后在饱和自重压力下不发生湿陷，只有在附加一定压力后浸水才发生湿陷的湿陷性黄土。

3.3.1探层搅拌桩是复合地基的一种，近几年在黄土地区应用比较广泛，可用于处理含水量较高的湿陷性弱的黄土。它具有施工简便、快捷、无振动，基本不挤土，低噪音等特点。

深层搅拌桩的固化材料有石灰、水泥等，一般都采用后者作固化材料。其加固机理是将水泥掺入粘土后，与粘土中的水分发生水解和水化反应，进而与具有一定活性的粘土颗粒反应生成不溶于水的稳定的结晶化合物，这些新生成的化合物在水中或空气中发生凝硬反应，使水泥有一定的强度，从而使地基土达到承载的要求。

深层搅拌桩的施工方法有干法施工和湿法施工两种，干法施工就是" 粉喷桩" ，其工艺是用压缩空气将固化材料通过深层搅拌机械喷入土中并搅拌而成。因为输入的是水泥干粉，因此必然对土的天然含水量有一定的要求，如果土的含水量较低时，很容易出现桩体中心固化不充分、强度低的现象，严重的甚至根本没有强度。在某些含水量较高的土层中也会出现类似的情况。因此，应用粉喷桩的土层中含水量应超过30%，在饱和土层或地下水位以下的土层中应用更好。

湿法施工是将水泥搅拌成浆后注入土中的方法。水泥浆通过柱塞式泥浆泵强制注入，除非特殊情况很少断浆，施工中一般采用预搅下沉时就喷浆的工艺，因此桩体的均匀性比干法施工好。但喷浆增加了水泥土的含水量，强度会受到一定影响，实际应用时需根据土的工程性质，尤其是含水量情况作出适当的选择。

3.3.2施工中应注意的问题

(1)必须在设计或施工中采取有效措施来保证搅拌桩复合地基各参数能达到各自的设计值，否则设计的可靠度会降低，如桩端为硬土，或桩长超过临界桩长时， (桩间土承载力拆减系数) 取值高于规定，就必须采取设置褥垫层或其他方法使桩间土发挥较高的强度，选用较高的桩体强度时，就必须采取增加水泥用量、掺加外加剂、复搅等措施，才能保证设计与预期的实际结果比较一致。

(2)施工中为达到强度要求，有必要进行复搅。复搅是在桩的一部分或桩的全长重复搅拌一次，其作用是：①改善桩体的均匀性，如第一次注浆不均匀时，可通过复搅调节，提高桩长方向上的均匀程度，同时，也使桩截面内的均匀性得到改善。②现场不同桩段有不同的水泥掺入比，使不同桩段有不同的桩身强度。

(3)加强施工管理，因为桩体的固化材料需由压缩空气作载体，而气体流速、流量受土层情况的影响，人工难以调节，所以施工机械应采用带有自动控制喷浆、喷粉的装置，以消除施工中一些人为因素，便于监督检查，避免由于喷浆和喷粉不均匀或者喷浆量、喷粉量未达到设计要求而发生断桩问题。

(4)现场施工中应勤于检查，严格监督。深层搅拌桩属于一种柔性桩，桩身检测较困难，施工时质量有疏忽，就可能发生断桩现象。目前用低应变动测法检测搅拌桩的质量得到了肯定，可用此法或结合抽芯取样检测法控制质量。

4．结语

上述几种湿陷性黄土地基的处理方法，近年来在公路建设中被广泛使用，都取得了良好的效果。随着科学技术的迅速发展，对新型材料的研究使用，对湿陷性黄土地基的处理方法越来越多，也有了一定的施工经验。在近十几年开始采用的有孔内深层强夯法CFG(水泥粉煤灰碎石桩) 法、夯坑置换法、压力灌浆法等，都不失为好方法。但不管是采用那种方法，只要有严密的质量控制手段，都可能经济而有效地获得期望的效果。笔者在本文中的一些看法是基于几年公路建设中的见闻积累，文中有不妥之处，望行业同仁指正。

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，在一定的压力下，下沉稳定后，受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉，故在润陷性黄土场地上进行建设，应根据建筑物

的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑产生危害。 灰土挤密桩法和土挤密桩法

6.3.1 基本概念

灰土挤密桩或土挤密桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔，然后向孔内 夯填素土或灰土成桩。成桩时，通过成孔过程中的横向挤压作用，桩孔内的土被挤向周围， 使桩间土得以挤密，然后将备好的素土(黏性土) 或灰土分层填入桩孔内，并分层捣实至设 计标高。用素土分层夯实的桩体，称为土挤密桩；用灰土分层夯实的桩体，称为灰土挤密 桩。二者分别与挤密的桩间土组成复合地基，共同承受基础的上部荷载。

6.3.2 适用范围

灰土挤密桩法或土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等 地基。处理深度宜为5-15m 。灰土挤密桩或土挤密桩，在消除土的湿陷性和减小渗透性方 面，其效果基本相同或差别不明显，但土挤密桩地基的承载力和水稳性不及灰土挤密桩，选 用上述方法时，应根据工程要求和处理地基的目的确定。当以提高地基的承载力或增强其水 稳性为主要目的时，宜选用灰土挤密桩法；当以消除地基的湿陷性为主要目的时，宜选用土 挤密桩法。

【例题15】为消除湿陷性黄土地基的湿陷性，宜选用的地基处理方法为（ ）。

A 、夯实水泥土桩法； B 、砂石桩法； C 、振冲法； D 、土挤密桩法； 答案：D 大量的试验研究资料和工程实践表明，土或灰土挤密桩用于处理地下水位以上的湿陷性 黄土、素填土、杂填土等地基，不论是消除土的湿陷性还是提高承载力都是有效的。但当土 的含水量大于24％及其饱和度超过65％时，在成孔及拔管过程中，桩孔及其周围容易缩颈 和隆起，挤密效果差，故上述方法不适用于处理地下水位以下及处于毛细饱和带的土层。因 此，当地基土的含水量大于24％、饱和度超过65％时，由于无法挤密成孔，故不宜选用上 述方法。

因灰土挤密桩法或土挤密桩法具有就地取材、以土治土、原位处理、深层加密和费用较 低的特点，在我国西北及华北等黄土地区已广泛应用。

6.3.4 加固机理

灰土挤密桩或土挤密桩加固地基是一种人工复合地基，属于深层加密处理地基的一种方 法，主要作用是提高地基承载力，降低地基压缩性。对湿陷性黄土则有部分或全部消除湿陷 性的作用。灰土挤密桩或土挤密桩在成孔时，桩孔部位的土被侧向挤出，从而使桩周土得以 加密。

6.3.5 设计

1 桩的布置

灰土挤密桩或土挤密桩处理地基的面积，应大于基础或建筑物底层平面的面积。并应符 合下列规定。

(1)采用局部处理超出基础底面的宽度时，对非自重湿陷性黄土、素填土和杂填土等地 基，每边不应小于基底宽度的0.25倍，并不应小于0.50m ；对自重湿陷性黄土地基，每边不应小于基底宽度的0.75倍，并不应小于1.00m 。

(2)当采用整片处理时，超出建筑物外墙基础底面外缘的宽度，每边不宜小于处理土层 厚度的1／2，并不应小于2m 。

2 处理深度

灰土挤密桩或土挤密桩处理地基的深度，应根据建筑场地的土质情况、工程要求和成孔 及夯实设备等综合因素确定。对湿陷性黄土地基，应符合现行的国家标准《湿陷性黄土地区 建筑规范》的有关规定。

3

桩径

桩孔直径宜为300～450mm ，并可根据所选用的成孔设备或成孔方法确定。为使桩间土均匀挤密，桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离s ，可为桩孔直径的2.0～2.5倍，也可按下式估算：

6 承载力

灰土挤密桩或土挤密桩复合地基的承载力特征值，应通过现场单桩或多桩复合地基载

荷 试验确定。初步设计当无试验资料时，也可按当地经验确定，但对土挤密桩复合地基的承载 力特征值，不宜大于处理前的1.4倍，并不宜大于180 kPa；对灰土挤密桩复合地基的承载力特征值，不宜大于处理前的2.0倍，并不宜大于250kPa 。

7 变形

灰土挤密桩或土挤密桩复合地基的变形计算，应符合现行国家标准《建筑地基基础设计 规范》(GB50007)有关规定，其中复合土层的压缩模量，可采用载荷试验的变形模量代替。 土或灰土挤密桩复合地基的变形包括桩和桩间土及其下卧未处理土层的变形。前者通

过 挤密后，桩间土的物理力学性质明显改善，即土的干密度增大、压缩性降低、承载力提高、 湿陷性消除，故桩和桩间土(复合土层) 的变形可不计算，但应计算下卧未处理土层的变形，若下卧未处理土层为中、低压缩性非湿陷性土层，其压缩变形、湿陷变形也可不计算。

灰土桩在填土地基中的应用

摘要：本文叙述了宝鸡老城区在填土地基中的运用，并介绍了灰土桩加固地基的原理，计算理论和施工方法。

关键词：灰土桩；填土地基；施工方法。

宝鸡老城区普通堆填4—7m 厚的填土，而且是建筑物的直接持力层。填土地层承载力

一般在80—100KPa 之间，但均匀性差，强度差异大，又有湿陷性，不经处理不适宜作为天然地基。填土地基一般可分为三种：(1)含水量适中的填土地基(含水量40%)，土层较湿的填土地基； (3)地下水面以下饱和的填土地基。针对宝鸡地层的特点，找到一种较为安全可靠经济适用的加固措施，通过十几年近四十幢多层楼地基加固处理的工程实践，我们认为上述三种填土地基均可以采用灰土桩加固，但具体措施各不相同。

一、灰土桩加固地基原理

1、含水量小于40%的填土地基用灰土桩加固地基原理

这是一种比较常用的地基加固措施，它主要是利用消解后的熟石灰与粘性土作为灰土桩料，其化学反应式为：Ca(OH)2+CO2→CaC03,Ca(OH)2+SiO2)→CaSiO3灰土体积比为3∶7，将三七灰土拌和均匀经过筛分后石灰粒径不大于5mm ，土粒径不大于15mm ，方可使用。大量工程实践证明，保证加固效果最主要一条是控制三七灰土含水量。过干、过湿都不好。我们现场掌握原则，手握能成团，轻轻一捏即散为原则。

2、含水量大于40%的填土地基用灰土桩加固地基原理

对于这种地基，传统的加固措施：一般用生石灰桩，这种桩对于降低土层中的含水量具有明显效果，但对于提高地基承载力效果并不好。采用机械夯实的直径300mm 的灰土桩，这既能降低土层含水量，又能提高地基承载力。其程序是灰土桩料按照前述方法拌和均匀，达到最优含水量时即进行夯实，也就是首先保证夯实效果，尔后未熟化的生石灰吸收水分，使土层中的含水量降低，增大土层土粒间的凝结效果，同时生石灰在吸水过程中放出热量，使土层含水量进一步蒸发，能使桩周围形成一种硬壳，达到加固地基的目的。

3、地下水位以下填土地基用灰土桩加固地基原理

按一般规范要求，水位线以下用灰土桩加固地基一般不适用，我们根据挖掘的古代灰土地基在水位线以下其强度仍然很高，确认灰土只要在凝固之前不被水浸泡，待凝固后在经水浸泡灰土强度不会降低，具体做法如下：采用井点降水办法，直到土中的含水量能够保证灰土桩夯击密实时，再进行灰土桩施工，待灰土桩全部施工完毕后，继续抽水15天左右，使灰土桩凝固后，停止抽水。其原理是：由于灰土中的Ca(OH)2与土中的CO2作用生成碳酸钙，Ca(OH)2与土中的SiO32-作用形成偏硅酸钙，再遇水时碳酸钙和偏硅酸钙等很难分解，这样桩本身强度不会降低，同时经过处理后的地基大大降低了水的流速，即具有一定的水稳性，对保持其强度有利。

二、灰土桩设计

灰土桩半年龄的无侧限抗压强度一般在500~1000KPa之间。在宝鸡地区一般采用300mm 桩径，桩距800mm ，排距700mm ，桩长一般3-5m ，桩尖入老土层0.5m ，至基础外边沿增加一排桩，检测以现场载荷实验为准，也可按照以下公式进行复核。

1、复合地基容许承载力计算

①灰土桩容许抗压强度确定单桩承载力N

N=R3：7x A

R3：7—3：7灰土容许抗压强度，取500KPa.

A —灰土桩底面积

②按N+W

W —灰土桩自重；

u —灰土桩周长；

f —桩与土间的容许磨擦力；

I —沿桩长度内土层的厚度；

R’—沿桩长度内的容许承载力；

M3—不均匀系数，取0.65。

③复合地基强度计算 [R1=(AoRo+N)/(Ao+A) Ao—每根桩控制的桩间面积： Ro—处理后桩间土的强度。

三、灰土桩施工

施工工艺采用洛阳铲人工陶孔，专用偏心轮自动落锤夯实机夯实，锤重大于150kg ，落距0.8，桩孔内根据不同的工程地质条件填夯上述三种情况下的不同的3：7灰土，灰土按有关规范要求严格过筛、拌和，控制最优含水量。即现场控制采用手握成团，轻轻一捏即散为原则，一人持锨均匀填料，3m 桩长，每小时施工6根左右。

四、效果补充

本技术施工方便、工期短、造价低，可在密集的建筑群内作业，对于老城区改造有十分广阔的前景，地基承载力一般在原有基础最少提高到1.5倍，但原土层承载力超过180KPa 时处理效果不明显，灰土桩施工中如遇到土和水中含有过量强酸，则不宜采用灰土桩，另外水位线以下灰土桩凝固时间尚需进一步探讨。

灰土挤密桩法和土挤密桩施工要求

2010年5月26日 星期一 19:31

施工

14．3.1 成孔应按设计要求、成孔设备、现场土质和周围环境等情况，选用沉管(振动、锤击) 或冲击等方法。

14．3．2 桩顶设计标高以上的预留覆盖土层厚度宜符合下列要求：

l 沉管(锤击、振动) 成孔，宜为0.50-0.70m ；

2 冲击成孔，宜为1.20-1.50m 。

14．3．3 成孔时，地基土宜接近最优(或塑限) 含水量，当土的含水量低于12％时，宜对拟处理范围内的土层进行增湿，增湿土的加水量可按下式估算：

式中Q------计算加水量(m3)；

v------—拟加固土的总体积(m3)；

ρd------地基处理前土的平均干密度(t／m3) ；

wop------土的最优含水量(％) ，通过室内击实试验求得；

w------地基处理前土的平均含水量(％) ；

k------损耗系数，可取1.05-1.10。

应于地基处理前4—6d ，将需增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔，均匀地浸入拟处理范围内的土层中。

14．3．4 成孔和孔内回填夯实应符合下列要求：

1 成孔和孔内回填夯实的施工顺序，当整片处理时，宜从里(或中间) 向外间隔1～2孔进行，对大型工程，可采取分段施工；当局部处理时，宜从外向里间隔1-2孔进行； 2 向孔内填料前，孔底应夯实，并应抽样检查桩孔的直径、深度和垂直度； 3 桩孔的垂直度偏差不宜大于1.5％；

4 桩孔中心点的偏差不宜超过桩距设计值的5％；

5 经检验合格后，应按设计要求，向孔内分层填入筛好的素土、灰土或其他填料，并应分层夯实至设计标高。

14．3．5 铺设灰土垫层前，应按设计要求将桩顶标高以上的预留松动土层挖除或夯(压) 密实。

14．3．6 施工过程中，应有专人监理成孔及回填夯实的质量，应做好施工记录。如发现地基土质与勘察资料不符，应立即停止施工，待查明情况或采取有效措施处理后，方可继续施工。

14．3．7 雨季或冬季施工，应采取防雨或防冻措施，防止灰土和土料受雨水淋湿或冻结。

14．4 质量检验

14．4．1 成桩后，应及时抽样检验灰土挤密桩或土挤密桩处地基的质量。对一般工程，主要应检查施工记录、检测全部处理深度内桩体和桩间土的干密度，并将其分别换算为平均压实系数和平均挤密系数。对重要工程，除检测上述内容外，还应测定全部处理深度内桩间土的压缩性和湿陷性。

14．4．2 抽样检验的数量，对一般工程不应少于桩总数的l ％，对重要工程不应少于桩总数的1.5％。

3 灰土挤密桩和土挤密桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。 4 检验数量不应少于桩总数的0.5％，且每项单体工程不应少于3点。