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摘要湿陷性黄土是西北地区常见的一种工程地质问题。根据工程实践对黄土湿陷的成因、湿陷性黄土地基的工程措施以及存在的问题进行论述,对类似工程的设计具有指导意义。
关键词湿陷性黄土;地基处理;工程措施
中图分类号TU44文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0087-01
1黄土湿陷的成因
黄土作为一种常见的工程地基,在世界各地分布很广,面积达1300万km2,约占地球陆地总面积的9.3%。中国黄土主要分布于北纬33°～47°之间,尤以34°～45°之间最为发育。总面积约为63.5万km2,占世界黄土分布的4.9%左右。黄土的堆积厚度为世界之最,其厚度中心在洛河和泾河流域的中下游地区,最大厚度达180～200m。由此向东西两边逐渐减薄。其分布南始于甘肃南部的岷山、陕西的秦岭、河南的熊耳山、伏牛山,北以陕西白于山、河北燕山为界,西起祁连山,东至太行山。湿陷性黄土约占中国黄土分布面积的60%左右,主要分布于黄河中、下游地区,厚度最大达30m左右。并具有自东向西、自南向北其湿陷性逐渐加剧的规律。
黄土按其成因分为原生黄土和次生黄土。一般将不具层理的风成黄土称为原生黄土,原生黄土经过流水冲刷、搬迁重新沉积而成的为次生黄土,工程界统称它们为黄土。次生黄土一般具有层理,较原生黄土结构强度要低。黄土在一定压力(土自重或自重压力和外压力)作用下,受水浸湿后结构迅速破坏而发生的显著下沉现象,称之为湿陷。具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。中国现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》GBJ25-90对湿陷性黄土从工程角度作了明确划分,将湿陷系数δs≥0.015的黄土定义为湿陷性黄土,同时将实测或计算自重湿陷量大于7cm的湿陷性黄土定义为自重湿陷性黄土,将实测或计算自重湿陷量小于或等于7cm的湿陷性黄土定义为非自重湿陷性黄土,并将黄土的湿陷等级划分为轻微(Ⅰ级)、中等(Ⅱ级)、严重(Ⅲ级)、很严重(Ⅳ级)4个级别。我国的湿陷性黄土,一般呈黄色或褐黄色,粉土粒含量常占土重的60%以上,含有大量的碳酸盐硫酸盐和氯化物等可溶盐类,天然孔隙比在1左右,一般具有肉眼可见的大孔隙,竖直节理发育,能保持直立的天然边坡。黄土湿陷的发生是由于管道(或水池)漏水,地面积水,生产和生活用水等渗入地下,或由于降水量较大,灌溉渠和水库的渗漏或回水使地下水位上升而引起的。由于黄土地区的黄土层具有一定的湿陷性、应力应变的非线性、结构性、欠压缩性、非饱和性以及由此而表现出来的对水作用的特殊敏感性。然而受水浸湿只是湿陷发生所必需的外界条件,如果没有黄土本身固有的特点,那湿陷现象也是无法产生的。研究表明,黄土的结构和特征及物质成分是产生湿陷的内在原因。
影响黄土湿陷的因素主要有:1)天然孔隙比和天然含水量。2)所受压力。3)土层形成的地质年代。4)化学成分土壤结构和化学成分等。
2湿陷性黄土地基的工程措施
湿陷性黄土地基的设计和施工,除了必须遵循一般地基的设计和施工原则外,还应针对湿陷性这个特点,采取适当的工程措施。
一是处理地基,以消除产生湿陷的内在原因;二是防水、排水,以变更引起湿陷的外界条件;三是采取结构措施,以改善建筑物对地基湿陷引起的不均匀沉降的适应性或抵抗能力。
2.1地基处理
目前,黄土地区所采取的地基处理方法较多,常用的主要有垫层、重锤夯、强夯、灰土桩、土桩、碎石桩等,近些年来桩、墩基础也越来越多,从勘察、设计、施工、检验都取得了较好的地区经验。地基处理(桩基除外)的作用在于破坏湿陷性黄土的大孔结构,以便全部或部分消除地基的湿陷性,从根本上避免或削弱湿陷性现象的发生,其常用的方法有以下几种:
2.1.1土(或灰土)垫层法.分层夯实后的
黄土,其大孔结构被破坏。由盐类对土粒的。胶结作用所引起的内聚力消失,孔隙体积减少,土的密度增大,从而消除了垫层厚度(一般为1—3米)以内土的湿陷性。
2.1.2重锤表层夯实法
地基表层的湿陷性黄土,如在最优含水量状态下,经重锤反复夯打密实,在有效夯实厚度范围(约1.0～1.5米)内不仅可以消除湿陷性,降低压缩性,而且形成了一层减少地基水渗入地基的弱透水层。该方法适用于消除1.0～1.5米厚土层的湿陷性。
2.1.3土(或灰土)桩挤密法
土(或灰土)桩挤密,用机械人力或爆破成孔后,填以最优含水量的素土或灰土并分层夯实,控制夯填质量的标准,其压力系数不得小于0.93,而且要求挤密后相邻桩之间的最小容重不小于1.5G/CM3。接近地表下的部分土层,由于成孔时,土结构松动和被破坏,无挤密效果,因此,施工时的桩顶面应高出基底标高1.0~1.5米。土桩的作用是使有效挤密范围内的地基的强度和压缩性得到改善。土(或灰土)桩挤密地基的容许承载力,应通过荷载试验或按当地建筑经验确定,一般不超过18T/M2。
2.1.4桩基础
可使用各种类型的桩穿透湿陷性黄土层,把上部结构的荷载通过桩尖(或扩头)传到非湿陷性黄土层上,达到躲过湿陷性黄土层的目的。因此桩基础起着向深处传递荷载的作用,而不在于消除土体本身的湿陷性。相对来说比较安全可靠,所以被广泛应用于比较重要的独立建筑物的基础处理。缺点是投资费用较大。
2.2防水措施
湿陷性黄土地基如果不受水浸湿,地基即使不处理,湿陷也无法发生。因此,既要放眼于建筑物防水排水问题,又要考虑到单体建筑物的防水措施,不但要保证在建筑物长期使用过程中地基不被浸湿,又要做好施工阶段临时性排水防水工作。
2.2.1建筑物场地的防水排水措施
尽量选择具有排水畅通或利于组织排水的地形条件,避开受洪水威胁或新建水库等可能引起地下水上升的地段合理规划场地,做好竖向设计,保证场地、道路和铁路等地表排水畅通。保证水池或管道等与建筑物储水构筑物的质量,以免漏水。
2.2.2单体建筑物的防水措施
建筑物周围必须做有一定的散水条件,以便排泄屋面水。建筑物中经常受水浸湿或可积水的地面应予严密而不漏水。
2.2.3施工阶段的防水措施
施工时首先要进行场地平整,做好临时性的防洪、排水设施。基坑内挖出的土,宜沿坑边堆成土堤,防止地面水流入。大型基坑的坑底,在开挖中应保持一定的坡度。在基础位置外设置积水坑,及时排出积水。另外,应尽量缩短基坑(槽)的暴露时间,以防雨水和施工用水浸入地基。基础施工完毕,应立即清理基坑并回填素土分层夯实。
2.3结构措施
在建筑物建筑设计中,应从地基和上部结构共同作用的概念出发,采用适当的措施,增强建筑物适应或抵抗因湿陷引起的不均匀沉降的能力。
1)加强建筑物的整体性和空间刚度建筑体形应力求简单,否则可用沉降缝分割成平面简单的具有足够刚度的独立单元。
2)选择适宜的结构和基础型式。例如:单层工业厂房,宜用铰接排架,以适应基础的不均匀沉降;多层厂房和民用建筑物,不宜采用内框架结构,而宜采用框架结构和柱下条形基础或筏基,以便增强建筑物抵抗不均匀沉降的能力。
3)加强砌体和结构的刚度。多层砖石结构房屋不用空斗墙,在基础内、防潮层处、底层楼盖和屋面檐口处或每层均设置钢筋混凝土圈梁。门窗洞口采用钢筋混凝土框或过梁加强,纵横墙交接处用钢筋拉接。
4)其它措施。预制钢筋混凝土梁和板支承在砖墙(或砖柱)上的长度,分别不小于240毫米和100毫米。在湿陷性黄土地基的设计中,上述各种措施的选用,应根据建筑物类别、场地湿陷类型、结合当地的建筑经验、施工与管理等条件综合确定,应参照《黄土地区建筑规范》选择措施时,应从实际出发,做到目的明确,有所侧重,互相补充、配合使用,才能取得合理经济的效果。
参考文献
[1]钱鸿缙,王继唐.湿陷性黄土地基[M].北京:中国建筑工业出版社,1985.
[2]GBJG25-90.湿陷性黄土地区建筑规范.
关键词湿陷性黄土;地基处理;工程措施
中图分类号TU44文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0087-01
1黄土湿陷的成因
黄土作为一种常见的工程地基,在世界各地分布很广,面积达1300万km2,约占地球陆地总面积的9.3%。中国黄土主要分布于北纬33°～47°之间,尤以34°～45°之间最为发育。总面积约为63.5万km2,占世界黄土分布的4.9%左右。黄土的堆积厚度为世界之最,其厚度中心在洛河和泾河流域的中下游地区,最大厚度达180～200m。由此向东西两边逐渐减薄。其分布南始于甘肃南部的岷山、陕西的秦岭、河南的熊耳山、伏牛山,北以陕西白于山、河北燕山为界,西起祁连山,东至太行山。湿陷性黄土约占中国黄土分布面积的60%左右,主要分布于黄河中、下游地区,厚度最大达30m左右。并具有自东向西、自南向北其湿陷性逐渐加剧的规律。
黄土按其成因分为原生黄土和次生黄土。一般将不具层理的风成黄土称为原生黄土,原生黄土经过流水冲刷、搬迁重新沉积而成的为次生黄土,工程界统称它们为黄土。次生黄土一般具有层理,较原生黄土结构强度要低。黄土在一定压力(土自重或自重压力和外压力)作用下,受水浸湿后结构迅速破坏而发生的显著下沉现象,称之为湿陷。具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。中国现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》GBJ25-90对湿陷性黄土从工程角度作了明确划分,将湿陷系数δs≥0.015的黄土定义为湿陷性黄土,同时将实测或计算自重湿陷量大于7cm的湿陷性黄土定义为自重湿陷性黄土,将实测或计算自重湿陷量小于或等于7cm的湿陷性黄土定义为非自重湿陷性黄土,并将黄土的湿陷等级划分为轻微(Ⅰ级)、中等(Ⅱ级)、严重(Ⅲ级)、很严重(Ⅳ级)4个级别。我国的湿陷性黄土,一般呈黄色或褐黄色,粉土粒含量常占土重的60%以上,含有大量的碳酸盐硫酸盐和氯化物等可溶盐类,天然孔隙比在1左右,一般具有肉眼可见的大孔隙,竖直节理发育,能保持直立的天然边坡。黄土湿陷的发生是由于管道(或水池)漏水,地面积水,生产和生活用水等渗入地下,或由于降水量较大,灌溉渠和水库的渗漏或回水使地下水位上升而引起的。由于黄土地区的黄土层具有一定的湿陷性、应力应变的非线性、结构性、欠压缩性、非饱和性以及由此而表现出来的对水作用的特殊敏感性。然而受水浸湿只是湿陷发生所必需的外界条件,如果没有黄土本身固有的特点,那湿陷现象也是无法产生的。研究表明,黄土的结构和特征及物质成分是产生湿陷的内在原因。
影响黄土湿陷的因素主要有:1)天然孔隙比和天然含水量。2)所受压力。3)土层形成的地质年代。4)化学成分土壤结构和化学成分等。
2湿陷性黄土地基的工程措施
湿陷性黄土地基的设计和施工,除了必须遵循一般地基的设计和施工原则外,还应针对湿陷性这个特点,采取适当的工程措施。
一是处理地基,以消除产生湿陷的内在原因;二是防水、排水,以变更引起湿陷的外界条件;三是采取结构措施,以改善建筑物对地基湿陷引起的不均匀沉降的适应性或抵抗能力。
2.1地基处理
目前,黄土地区所采取的地基处理方法较多,常用的主要有垫层、重锤夯、强夯、灰土桩、土桩、碎石桩等,近些年来桩、墩基础也越来越多,从勘察、设计、施工、检验都取得了较好的地区经验。地基处理(桩基除外)的作用在于破坏湿陷性黄土的大孔结构,以便全部或部分消除地基的湿陷性,从根本上避免或削弱湿陷性现象的发生,其常用的方法有以下几种:
2.1.1土(或灰土)垫层法.分层夯实后的
黄土,其大孔结构被破坏。由盐类对土粒的。胶结作用所引起的内聚力消失,孔隙体积减少,土的密度增大,从而消除了垫层厚度(一般为1—3米)以内土的湿陷性。
2.1.2重锤表层夯实法
地基表层的湿陷性黄土,如在最优含水量状态下,经重锤反复夯打密实,在有效夯实厚度范围(约1.0～1.5米)内不仅可以消除湿陷性,降低压缩性,而且形成了一层减少地基水渗入地基的弱透水层。该方法适用于消除1.0～1.5米厚土层的湿陷性。
2.1.3土(或灰土)桩挤密法
土(或灰土)桩挤密,用机械人力或爆破成孔后,填以最优含水量的素土或灰土并分层夯实,控制夯填质量的标准,其压力系数不得小于0.93,而且要求挤密后相邻桩之间的最小容重不小于1.5G/CM3。接近地表下的部分土层,由于成孔时,土结构松动和被破坏,无挤密效果,因此,施工时的桩顶面应高出基底标高1.0~1.5米。土桩的作用是使有效挤密范围内的地基的强度和压缩性得到改善。土(或灰土)桩挤密地基的容许承载力,应通过荷载试验或按当地建筑经验确定,一般不超过18T/M2。
2.1.4桩基础
可使用各种类型的桩穿透湿陷性黄土层,把上部结构的荷载通过桩尖(或扩头)传到非湿陷性黄土层上,达到躲过湿陷性黄土层的目的。因此桩基础起着向深处传递荷载的作用,而不在于消除土体本身的湿陷性。相对来说比较安全可靠,所以被广泛应用于比较重要的独立建筑物的基础处理。缺点是投资费用较大。
2.2防水措施
湿陷性黄土地基如果不受水浸湿,地基即使不处理,湿陷也无法发生。因此,既要放眼于建筑物防水排水问题,又要考虑到单体建筑物的防水措施,不但要保证在建筑物长期使用过程中地基不被浸湿,又要做好施工阶段临时性排水防水工作。
2.2.1建筑物场地的防水排水措施
尽量选择具有排水畅通或利于组织排水的地形条件,避开受洪水威胁或新建水库等可能引起地下水上升的地段合理规划场地,做好竖向设计,保证场地、道路和铁路等地表排水畅通。保证水池或管道等与建筑物储水构筑物的质量,以免漏水。
2.2.2单体建筑物的防水措施
建筑物周围必须做有一定的散水条件,以便排泄屋面水。建筑物中经常受水浸湿或可积水的地面应予严密而不漏水。
2.2.3施工阶段的防水措施
施工时首先要进行场地平整,做好临时性的防洪、排水设施。基坑内挖出的土,宜沿坑边堆成土堤,防止地面水流入。大型基坑的坑底,在开挖中应保持一定的坡度。在基础位置外设置积水坑,及时排出积水。另外,应尽量缩短基坑(槽)的暴露时间,以防雨水和施工用水浸入地基。基础施工完毕,应立即清理基坑并回填素土分层夯实。
2.3结构措施
在建筑物建筑设计中,应从地基和上部结构共同作用的概念出发,采用适当的措施,增强建筑物适应或抵抗因湿陷引起的不均匀沉降的能力。
1)加强建筑物的整体性和空间刚度建筑体形应力求简单,否则可用沉降缝分割成平面简单的具有足够刚度的独立单元。
2)选择适宜的结构和基础型式。例如:单层工业厂房,宜用铰接排架,以适应基础的不均匀沉降;多层厂房和民用建筑物,不宜采用内框架结构,而宜采用框架结构和柱下条形基础或筏基,以便增强建筑物抵抗不均匀沉降的能力。
3)加强砌体和结构的刚度。多层砖石结构房屋不用空斗墙,在基础内、防潮层处、底层楼盖和屋面檐口处或每层均设置钢筋混凝土圈梁。门窗洞口采用钢筋混凝土框或过梁加强,纵横墙交接处用钢筋拉接。
4)其它措施。预制钢筋混凝土梁和板支承在砖墙(或砖柱)上的长度,分别不小于240毫米和100毫米。在湿陷性黄土地基的设计中,上述各种措施的选用,应根据建筑物类别、场地湿陷类型、结合当地的建筑经验、施工与管理等条件综合确定,应参照《黄土地区建筑规范》选择措施时,应从实际出发,做到目的明确,有所侧重,互相补充、配合使用,才能取得合理经济的效果。
参考文献
[1]钱鸿缙,王继唐.湿陷性黄土地基[M].北京:中国建筑工业出版社,1985.
[2]GBJG25-90.湿陷性黄土地区建筑规范.