浅议湿陷性黄土地区的地基处理问题和解决方法

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业设计（论文）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）题目：浅议湿陷性黄土地区的地基处理问题和解决方法学习中心： 内蒙古学习中心 学 号： 090F13123002 姓 名： 郝令杨 专 业： 土木工程（岩土工程）专业 指导教师： 宋春岩 2015 年 10 月 20 日中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）指导教师指导意见表学生姓名： 郝令杨 学号： 090F13123002 专业： 土木工程（岩土工程）毕业设计（论文）题目：浅议湿陷性黄土地区的地基处理问题和解决方法指导教师意见：（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。）论文选题符合专业培养目标，题目有难度，工作量较大。选题具有实践指导意义。该生查阅文献资料能力较强，能较为全面收集相关资料，写作过程中能综合运用理论基础知识，全面分析勘察过程中遇到的各种问题，提出相应的解决方法和改善措施。达到本科论文要求。指导教师结论： 合格 （合格、不合格）指导教师姓名宋春岩所在单位指导时间2015.09.25中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院 本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表 学生姓名： 郝令杨 学号： 090F13123002 专业： 土木工程（岩土工程）毕业设计（论文）题目： 浅议湿陷性黄土地区的地基处理问题和解决方法评阅意见：（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。） 湿陷性黄土是我国一种常见的特殊土，具有遇水强度显著降低的不良工程特性，对工程带来不可预知的隐患。如何对湿陷性黄土进行处理一直是工程界普遍关注的问题，强夯法是多种处理方法中较常见的一种。论文首先对湿陷性黄土的特性及影响因素进行了阐述，然后以乌海市海勃湾区一项目为依托，讨论了强夯法的处理效果。论文选题具有一定的工程意义。 论文逻辑较清晰，论证基本正确。论文反映作者对湿陷性黄土地基处理的相关知识具有较好的了解，总体达到了培养要求。修改意见：（针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。评阅成绩合格，并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。） 1、论文题目无法涵盖全文内容，建议将题目改为：强夯法在湿陷性黄土地基处理中的应用研究。 2、论文还存在一些格式问题，如论文中红色批注部分，请作者仔细检查并修改。 3、论文参考文献过少，请补充至13-15篇左右。 4、论文的排版还需修改，需统一字体、行距等。毕业设计（论文）评阅成绩 （百分制）： 65 评阅结论： 同意答辩 （同意答辩、不同意答辩、修改后答辩）评阅人姓名吴文兵所在单位中国地质大学（武汉）评阅时间2015.10.13论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文浅议岩土工程勘察施工中存在的问题和解决方法，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。 论文作者（签字）： 日期：2015年2月10日摘 要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,土的强度显著降低。本次检测目的是确定强夯处理后地基各项指标是否满足设计要求，在附加压力与土的自重压力下引起的湿陷变形,是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形,对建筑物危害性大。依据相关规范，使用探井、平板载荷试验、标准贯入试验三种技术手段获取原始样本和数据。利用获取的原始样本进行室内试验，结合对平板载荷试验、标准贯入试验原始数据的分析可以得出结论，经强夯处理后，地基的各项指标已经满足设计要求。在确定强夯处理后地基满足设计要求之后，基于手上现有资料，对湿陷性黄土、湿陷性黄土地基的处理以及强夯处理均匀性和地基承载力特征值有了一定的了解，强夯法相对较为成熟，造价低廉，处理后的地基土的工程特性得到了明显改善，其结果能有效的提高地基土强度，同时消除场地的湿陷性和自重湿陷性，这种地基处理的方法技术安全可靠、经理合理、施工难度小，可广泛推广应用。关键词：1、强夯地基 2、湿陷性黄土 3、探井 4、平板载荷试验 5、标准贯入试验目 录一、前言.7二、影响湿陷性黄土的因素.8（一）水.8 （二）自重压力和附加应力.8三、湿陷性黄土的地基处理.9（一）防水.9（二）消除湿陷量.9 四、案例分析.10（一）工程概括及场地岩土分布情况.10（二）强夯情况.10（三）设计要求.10（四）检测目的及依据.10（五）检测工作量及方法.11（六）检测成果分析.14（七）结论.16 五、结束语.18 致谢.19 参考文献.20一、前言 黄土在我国分布甚广，由于具有特殊的成分和性质，黄土在工程界占有特殊地位，它的最大特点是结构性强，遇水发生湿陷并且强度迅速软化。因此，建筑在湿陷性黄土地区的工程时常会发生与其相关的病害，对于湿陷性黄土地基的处理技术研究具有重要的意义。 本文通过案例分析了强夯法对湿陷性黄土处理的技术要求及处理效果。强夯法亦称动力固结法，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著，特点是由于强夯影响深度内土的含水量，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。强夯法施工中应注意等级以及场地等因素进行详细考虑夯点布置、夯击深度等；施工中在控制关键工序上严把质量关；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。 二、影响湿陷性黄土的因素从湿陷性黄土的定义出发，影响湿陷性黄土稳定的主要因素为外因，包括两方面，现分述如下： （一）水从定义可以看出，湿陷性土体的结构破坏是在有水进入土体之后才产生的。从理论上来讲，如果没有水的介入，即使湿陷性黄土的湿陷程度相当巨大，那么也不会引起土体结构的破坏，同样对工程的安全就不会产生任何影响。 （二）自重压力或附加应力指荷载在地基内引起的应力增量。简言之，就是工程建设活动中及工程完工后给地基土所施加的最大压力。对于自重湿陷性黄土而言，从其定义可看出无论是否存在附加应力，在浸水后其结构都会产生一定的变形破坏；而对于非自重湿陷性黄土而言，从定义可看出，它的结构的破坏是土体在浸水后，由于上部荷载所产生的附加应力达到湿陷起始压力（是湿陷性黄土发生湿陷时的最小压力值）时导致其结构的破坏，因此在非自重湿陷性黄土地区的建筑活动，若其上部荷载所产生的附加应力小于湿陷起始压力，那么在地基土不进行任何处理的条件下，即可满足建筑物的稳定及安全。三、湿陷性黄土的地基处理关于湿陷性黄土地基处理方法，究其根本是从两方面考虑的。 （一）防水 当拟建工程的施工及使用过程中没有水的介入，那么可不考虑土的湿陷性。然而，要在工程中做到完全没有水的介入，是不可能的，因为我们都知道，任何人类活动都离不开水。既然我们不能做到不用水，那么我们可以做防水，防止水浸入具有湿陷性的地基土中，这样地基土的湿陷性对工程的稳定与安全同样不能构成威胁。 （二）消除湿陷量，即消除地基土的湿陷性。根据拟建工程的特征及场地工程地质条件，又可分为全部消除和部分消除湿陷性量。 1、消除全部湿陷量 （1）顾名思义彻底消除地基土的湿陷量。湿陷性黄土地区建筑规范（GB20025-2004）种第6.1.1条种规定，对于甲类建筑应消除地基的全部湿陷量或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层，或将基础设置在非湿陷性黄土层上。 （2）当然，消除地基土的全部湿陷量是进行工程建设的最佳选择。当拟建场地具有湿陷性的地基土土层厚度不大时，也可以全部消除湿陷量。 2、 部分消除湿陷量。 （1）顾名思义是指对地基土的湿陷性进行部分消除。湿陷性黄土地区建筑规范（GB20025-2004）种第6.1.1条种规定，对于乙、丙类建筑应消除地基的部分湿陷量。 （2）同样一个场地：湿陷性黄土的厚度为05.0米，拟建建筑物为地上五层，附带一层地下室，地基埋深约为-2.0米。那么此项目若是全部消除湿陷性，那么工程的造价就会比较大，从而造成不必要的浪费；对此我们可以对湿陷性进行部分消除，湿陷性黄土为细颗粒土，一般其为弱透水层，在经过碾压密实后渗透系数更小，因此在换填的2.0米范围内的土就形成了一层人工的隔水层，那么水将不会进入下部未经处理的1.0米厚的湿陷性黄土层内，因此此方法是可行的。 （3）其实，在许多工程项目的建设中都采用了部分消除湿陷量这种方法，但是这种方法是不可以单独使用的。因为地基土的湿陷量没有完全消除，那么没有处理的地基土在遇水后仍然有可能发生变形破坏，所以在部分消除湿陷量的同时，我们必须采用另外一种措施与其相结合，才能满足工程的稳定与安全要求，这就是防水措施。 通常部分消失湿陷性在工民建筑中使用时是与防水同时使用的。4、 案例分析（一）工程概括及场地岩土分布情况拟建场地位于乌海市海勃湾区二幼后院，场地原始地貌单元属构造剥蚀、侵蚀堆积地貌单元。场地为级(轻微) 非自重湿陷性-级(中等)自重湿陷性场地。根据该场地岩土工程勘察报告可知，本次勘察揭露深度范围内未见到地下水。地层从上向下分为：层 素填土（Q4ml）；层 黄土状粉土（Q3al）；层 卵石（Q3al+pl）； 层 卵石（Q3al+pl）；层 黄土状粉土（Q3al）；层 黄土状粉土（Q4a1+pl）；层 卵石（Q4a1+pl）；层 卵石（Q4a1+pl）；层 黄土状粉土（Q4a1+pl）；层 中风化泥质粉砂岩（E）。（二）强夯情况场地强夯分三遍进行，第一遍夯击能为8000kNm点夯，夯点间距8m，正方形布置，击数不小于12击；第二遍点夯，夯击能为8000kNm，在第一遍夯点中间插点，击数不少于12击；第三遍满夯，夯击能为2000kNm，夯锤搭接1/5，击数2-3击。夯后场地平均夯沉量90cm。（三）设计要求1、通过强夯消除强夯区域内第层素填土，第层黄土状粉土的湿陷性。2、强夯后的地基土承载力特征值不小于250KPa。3、强夯地基变形模量不小于30MPa。（四）检测目的及依据1、检测目的：确定强夯处理后，第层素填土、第层黄土状粉土的湿陷性是否消除，承载力特征值是否满足不小于250KPa、地基变形模量是否满足不小于30MPa的设计要求。2、检测依据：本工程设计文件，勘察文件及有关规范要求。（五）检测工作量及方法1、检测工作量依据湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025-2004）相关规定及设计文件的要求，本次检测工作完成工作量如下表： 检测完成工作量 表1序号工作内容单位数量备注1探井个3探井终止深度为层卵石层：1#探井深度为8.0m、2#探井深度为7.5 m、3#探井深度为7.5m、2平板载荷试验个33标准贯入试验（N）孔32、检测方法试验位置是随机抽取的，然后根据设计要求（粉土和黏性土地基，间隔时间宜为14-28天），依据规范采取如下检测方法：（1）室内试验试验所依据规范为中华人民共和国行业标准湿陷性黄土地区建筑规范（GB500252004），土工试验方法标准（GB/T 50123-1999）和建筑地基基础设计规范（GB500072011）的规定，采用人工掘进探井方式，现场采取级原状土试样，竖向取样间距为1.00m。采取的级原状土样主要测定土的含水量、干密度、压缩系数和湿陷系数等物理、力学指标，根据土工试验结果对该场区强夯后的填土和黄土状粉土的湿陷性进行分析评价。（2）标准贯入试验试验所依据规范为中华人民共和国行业标准岩土工程勘察规范（GB500212001）（2009年版），建筑抗震设计规范（GB500112010）和建筑地基基础设计规范（GB500072011）的规定，现场采用型号为DPP100-E的汽车钻机，螺旋钻进方式，自动落锤进行标准贯入试验，标准贯入试验间距为1米。标准贯入试验的技术要求应符合下列规定：a.标准贯入试验孔采用回转钻进，当孔壁不稳定时，可用泥浆护壁，钻至试验标高以上15cm处，清除孔底残土后再进行试验。b.采用自动脱钩的自由落锤法进行锤击，并减小导向杆与锤间的摩阻力，避免锤击时的偏心和侧向晃动，保持贯入器、探杆、导向杆连接后的垂直度，锤击速率应小于30击/min。c.贯入器打入土中15cm后，开始记录每打入10cm的锤击数，累计打入30cm的锤击数为标准贯入试验锤击数N。当锤击数已达50击，而贯入深度未达30cm时，可记录50击的实际贯入深度，按下式换算成相当于30cm的标准贯入试验锤击数N，并终止试验。 N=3050/S （21） 式中:S50击时的贯入度（3）载荷试验试验所依据的规范为中华人民共和国行业标准建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012），（试验设备的安装如图一所示），主要为确定强夯后地基土的承载力特征值及变形模量。 试验采用慢速维持荷载法采用压重平台提供反力,试验设备主要为500kN油压千斤顶，并联于千斤顶油路的压力表；30-50mm量程百分表；圆形承压板直径798mm，承压板下铺设不超过20mm的砂垫层找平。试验位置均匀随机分布，由检测、监理和建设单位共同选定，试验深度位于现地面（夯面）下0.5m。采用并联于千斤顶油路的压力表测量荷载，根据千斤顶率定曲线换算荷载；手动加压，加荷分级为8级，首级荷载为62.5kPa，各级荷载增量为62.5kPa，最大加载量为500kPa，为设计地基承载力特征值250kPa的两倍；沉降采用百分表量测，人工读记，每级荷载施加后按第10、10、10、15、15mim测读一次沉降量，以后每隔30min测读一次；沉降相对稳定标准：当连续2h内，每1h的下沉量小于0.10mm时，认为压板下沉已趋稳定，即可加下一级荷载，且每级荷载的间隔时间不应少于2h。强夯处理后的地基承载力特征值，应根据压力（p）与承压板沉降量（s）的p-s曲线形态确定：a.当p-s曲线上的比例界限明显时，可取比例界限所对应的压力；b.当p-s曲线上的极限荷载小于比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半；c.当p-s曲线上的比例界限不明显时，可按承压板沉降（s）与承压板直径（d）之比值即相对变形确定：可取s/d0.010所对应的压力；d.按相对变形确定上述地基的承载力特征值，不应大于最大加载压力的1/2。强夯后地基土的变形模量E0(MPa)：土的变形模量应根据p-s曲线的初始直线段，可按均质各向同性半无限弹性介质的弹性理论计算。浅层平板载荷试验的变形模量E0(MPa)可按岩土工程勘察规范（GB500212001）10.2.5条计算：E0I0(1-2)Pd/s 式中： I0 刚性承压板的形状系数，圆形承压板取0.785； 土的泊松比,粉土取0.35； d 承压板的直径（m）； P p-s曲线线性段的压力（kPa）； s 与p对应的沉降量（mm）。回弹观测：分级卸荷，观测回弹值，分级卸荷量为分级加荷量的2倍，15min观测一次，1h后再卸下一级荷载，荷载完全卸除后，应继续观测3h。终止加载的条件： 当出现下列情况之一时，可终止实验：a承压板周围的土出现明显侧向挤压，周围岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；b本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍，荷载与沉降曲线出现明显陡坡；c在某级荷载下24h沉降速率不能达到相对稳定标准；d总沉降量与承压板直径（或宽度）之比超过0.06；e加载量达到设计要求的2倍；本次检测使用的仪器设备均在校验报告所规定的有效期内。（六）检测成果分析1、 室内试验（1） 黄土湿陷性评价依据湿陷性黄土地区建筑规范（GBJ25-2004），中国湿陷性黄土工程地质分区略图，将灵武市划分为区（边缘地区）。总湿陷量计算时，计算起算深度为强夯整平地面下1.50米，地基土的侧向挤出和浸水几率等因素的修正系数基底下05m深度内，取1.5；基底下510m深度内，取1.0；自重湿陷量计算时，自夯击终止时的夯面起，地区土层修正系数取00.5。根据野外检测及室内土工试验结果：探井深度穿透第层素填土、第层黄土状粉土层，终止深度为第层卵石层（该土层及以下土层不具有湿陷性）。其2、3号探井第层素填土与第层黄土状粉土测湿陷系数与自重湿陷系数均小于0.015,其湿陷性均已完全消除。1号探井第层黄土状粉土5m6m深度土层湿陷系数为0.016大于规范规定的湿陷系数临界值0.015，湿陷性未完全消除，产生的湿陷量依据湿陷性黄土地区建筑规范中4.4.5规定的公式计算： s=sihi （31） 式中 ：=1.5si=0.016 hi=1000mm该土层自重湿陷系数0.0060.015，不发生自重湿陷。该土层总湿陷量为24mm，依据湿陷性黄土地区建筑规范中表2.3.7规定，此土层的湿陷等级为（轻微）级非自重湿陷。（2）压缩模量统计根据室内岩土试验报告，探井深度范围内地基土压缩模量统计如下：压缩模量Es（MPa）统计表土层频数最大值max最小值min平均值 m标准差 f变异系数修正系数 标准值 素填土722.2211.7617.033.670.220.8414.26黄土状粉土1020.006.6216.493.940.240.86314.18（3） 载荷试验a、 承载力特征值本次检测对于处理后的地基承载力特征值，根据压力（p）与承压板沉降量（s）的p-s曲线形态分析可知：ps曲线上的比例界限不明显即其曲线形态为近直线型，故按承压板沉降（s）与承压板直径或边长（d）之比值即相对变形确定：可取s/d0.010所对应的压力。由于极限荷载（500kPa）小于对应比例极限荷载值（426.5 kPa、477.8 kPa、444.86 kPa）的2倍，故该场区强夯处理后地基土承载力特征值取最大加载量的一半，即250kPa。b、变形模量E0(MPa)浅层平板载荷试验的变形模量E0(MPa)可按岩土工程勘察规范（GB500212001）10.2.5条计算：E0I0(1-2)Pb/s式中：I0 刚性承压板的形状系数，圆形承压板取0.785； 土的泊松比,粉土取0.35； d 承压板的直径或边长（m）； P p-s曲线线性段的压力（kPa）； s 与p对应的沉降（mm）。载荷试验结果汇总 表3试验编号P-S曲线形态加载增量（kPa）最大加载量（kPa）总沉降量（mm）沉降量与承压板直径之比（s/d）安全系数k强夯地基土承载力特征值（kPa）强夯地基土变形模量（MPa）1近直线型62.55008.940.01225041.132近直线型62.55008.610.01225046.543近直线型62.55009.450.01225039.24 变形模量E0(MPa)统计表 表4频数n最大值max最小值min平均值m标准差f变异系数极差R推荐值k346.539.2442.30/7.339.24 变形模量E0(MPa)极差7.3小于平均值的百分之三十12.69，故可以将变形模量E0(MPa)的平均值作为推荐值。(4) 标准贯入试验本次检测第层素填土、第层黄土状粉土共做标准贯入试验16次，其标贯试验击数校正值与夯前北京东方新星石化工程股份有限公司完成的神华宁夏煤业集团有限责任公司400万吨/年煤炭间接液化项目岩土工程勘察报告选取该夯区内的勘察钻孔标准贯入试验对比如下： 标准贯入试验对比 表5 土层状态频数n最大值max最小值min平均值m标准差f变异系数修正系数s推荐值k素填土夯前2521.00 7.00 12.68 4.16 0.33 0.89 11.2 夯后741.0014.0028.197.830.280.7922.4黄土状粉土夯前822.00 17.00 18.88 2.23 0.12 0.92 17.4 夯后936.0018.9029.065.270.180.8925.9根据场区本次所做的标准贯入试验(N)的结果，与未进行强夯处理前原土第层素填土、第层黄土状粉土相比，本场区强夯后地基土的力学性质显著提高。（七）结论 1、湿陷性评价强夯施工完成后共布置人工探井3个，探井深度穿透第层黄土状粉土层，终止于第层卵石层（依据勘察报告该层及以下土层不具有湿陷性）。根据岩土试验报告，其2、3号探井第层素填土与第层黄土状粉土测湿陷系数与自重湿陷系数均小于0.015。其湿陷性均已完全消除。1号探井第层黄土状粉土5m6m深度土层湿陷系数为0.016大于规范规定的湿陷系数临界值0.015，湿陷性未完全消除，产生的湿陷量为24mm，自重湿陷系数为0.0060.015，不发生自重湿陷，故该土层总湿陷量24mm，属（轻微）级非自重湿陷。 2、承载力评价场区地基土的承载力特征值根据现场静力载荷试验及标贯试验结果显示：地基土的承载力特征值达到250kPa且地基处理均匀，满足设计要求。3、强夯地基土物理、力学指标强夯地基土的变形模量推荐值为39.24MPa；素填土压缩模量最大值为22.22MPa，最小值为11.76MPa；黄土状粉土压缩模量最大值为20.00MPa，最小值为6.62MPa。本次检测确定强夯处理后，第层素填土、第层黄土状粉土的湿陷性基本完全消除，满足承载力特征值不小于250kPa、地基变形模量不小于30MPa的设计要求18中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业设计（论文）五、结束语对于湿陷性黄土地区的地基处理方法可根据两方面进行考虑，即消除湿陷量或防水，以确保工程项目的稳定与安全。但是在实际工程中，是否要消除全部湿陷量要根据具体工程具体分析，但要注意的是：若是部分消除，必须与防水措施相结合。强夯法最初仅用于砂和碎石的地基处理，随着施工机械和施工工艺水平的提高，强夯法也可用于粘性土、湿陷性黄土地基的加固处理。强夯法适用范围广泛，可以用于加固各类砂性土、粉土、一般黏性土、黄土、人工填土，特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或工业废料组成的杂填土；地基经强夯处理后，可明显提高地基承载力、压缩模量，加固效果显著；强夯机具主要为履带式起重机，一般辅以龙门架等设施，以便增加起吊能力和稳定性，施工机具简单；一般的强夯处理是将原状土或者回填土方施以能量，减低建材的消耗，节省材料；强夯工艺无需特殊的建筑材料，与桩基础相比节省了建筑材料的购置、运输、制作、打入费用，除了消耗油料和人工费用外，基本没有其它消耗，节省造价。但在施工过程中震动比较大，不适合用于离建筑物和构筑物比较近的区域，容易