大厚度湿陷性黄土场地地基处理：技术、案例与创新策略

大厚度湿陷性黄土场地地基处理：技术、案例与创新策略一、引言1.1研究背景与意义1.1.1湿陷性黄土的分布与工程危害湿陷性黄土作为一种特殊的土类，在我国分布极为广泛。其分布范围涵盖了西北、华北和东北等多个地区，总面积约达27万平方公里，占我国黄土分布总面积的60%左右。其中，甘肃、陕西、山西等地是湿陷性黄土的主要集中区域，此外，河南、河北、山东、宁夏、辽宁、新疆等部分地区也有分布。从地理地貌上看，湿陷性黄土多分布于黄土塬、梁、峁及河流高阶地区。湿陷性黄土的特殊性质在于，在一定压力作用下，受水浸湿后，其土的结构会迅速破坏，并发生显著的附加下沉，强度也随之降低。这种特性给各类工程建设带来了诸多危害。在建筑工程中，地基的湿陷可能导致建筑物出现大幅度沉降、倾斜甚至开裂等问题，严重影响建筑物的安全和正常使用。例如，某建于湿陷性黄土地基上的居民楼，由于地基处理不当，在建成后遭遇强降雨，地基发生湿陷，导致楼体出现多处裂缝，墙体倾斜，危及居民生命财产安全。在道路工程方面，湿陷性黄土遇水后的不均匀沉降，会引起路面大面积开裂、下陷，不仅影响道路的施工质量，还会对后期运营期的养护工作带来巨大挑战。以某湿陷性黄土地区的高速公路为例，通车后不久路面就出现了大量裂缝和坑洼，车辆行驶时颠簸严重，频繁的维修不仅耗费大量资金，还影响了道路的正常通行能力。1.1.2大厚度湿陷性黄土场地地基处理的重要性大厚度湿陷性黄土场地相较于一般湿陷性黄土场地，其地基处理难度更大，处理不当所带来的后果也更为严重。当湿陷性黄土层厚度较大时，其湿陷量和湿陷范围相应增加，对建筑物基础的影响更为显著。在这种情况下，如果地基处理措施不到位，建筑物在自重和附加荷载作用下，一旦地基受水浸湿，就可能发生严重的不均匀沉降，导致建筑物结构破坏，甚至倒塌。地基处理对于保障工程安全和稳定起着关键作用。通过有效的地基处理措施，可以改善湿陷性黄土的物理力学性质，减小或消除地基的湿陷性，提高地基的承载力和稳定性。例如，采用强夯法、灰土挤密桩法等对大厚度湿陷性黄土场地进行地基处理，可以使地基土的密实度增加，孔隙比减小，从而降低地基的湿陷性，增强地基的承载能力。此外，合理的地基处理还可以减少建筑物的沉降量，保证建筑物在使用过程中的正常功能和安全。对于一些对沉降要求严格的工程，如大型桥梁、高层建筑等，有效的地基处理是确保工程质量和安全的前提条件。因此，深入研究大厚度湿陷性黄土场地条件下的地基处理方法，具有重要的工程实际意义和现实价值。1.2研究目的与内容1.2.1研究目的本研究旨在深入剖析大厚度湿陷性黄土场地的特性，系统研究适用于该类场地的地基处理方法。通过对湿陷性黄土的物理力学性质、湿陷机理等方面的研究，为大厚度湿陷性黄土场地地基处理提供科学合理的理论依据。结合实际工程案例，对不同地基处理方法的应用效果进行对比分析，总结出各类处理方法的适用条件和优缺点，从而为工程实践中选择最优的地基处理方案提供参考。此外，还将探索地基处理新技术在大厚度湿陷性黄土场地中的应用可能性，为推动该领域的技术发展和创新提供思路，最终实现提高大厚度湿陷性黄土场地地基处理质量和效率，保障工程安全和稳定的目标。1.2.2研究内容湿陷性黄土特性分析：对湿陷性黄土的分布、成因、物理力学性质进行详细研究，包括黄土的颗粒组成、孔隙比、含水量、压缩性、抗剪强度等指标的测定与分析。深入探讨湿陷性黄土的湿陷机理，分析影响湿陷性的因素，如土的结构、物质成分、含水量变化以及外部荷载等，为后续的地基处理方法研究奠定基础。常用地基处理方法研究：对大厚度湿陷性黄土场地常用的地基处理方法，如强夯法、灰土挤密桩法、桩基础法、预浸水法等进行系统研究。分析每种处理方法的加固原理、施工工艺、技术参数和质量控制要点。例如，强夯法中夯击能、夯击次数、夯点间距等参数的确定；灰土挤密桩法中桩径、桩长、桩间距以及灰土配合比的设计。通过理论分析和工程实例，对比不同处理方法在消除湿陷性、提高地基承载力和减小地基沉降等方面的效果，总结出各方法的适用范围和局限性。结合工程案例探讨地基处理方案选择与实施：选取典型的大厚度湿陷性黄土场地工程案例，对其工程地质条件、建筑结构特点和地基处理要求进行详细分析。根据场地条件和工程要求，综合考虑各种地基处理方法的优缺点，进行多方案比选，确定最优的地基处理方案。对选定方案的实施过程进行跟踪研究，包括施工过程中的质量控制、监测方法以及遇到的问题和解决措施。通过对工程案例的分析，总结实际工程中地基处理方案选择和实施的经验教训，为类似工程提供实践指导。地基处理新技术在大厚度湿陷性黄土场地中的应用探索：关注国内外地基处理领域的新技术、新方法，探索其在大厚度湿陷性黄土场地中的应用可能性。例如，新型复合地基技术、化学加固技术等在处理大厚度湿陷性黄土时的可行性和优势。分析新技术应用过程中可能面临的技术难题和挑战，并提出相应的解决思路和建议。通过对新技术的研究和应用探索，为大厚度湿陷性黄土场地地基处理提供更多的选择和创新途径。大厚度湿陷性黄土场地地基处理的未来发展趋势展望：基于当前的研究成果和工程实践，结合相关领域的技术发展趋势，对大厚度湿陷性黄土场地地基处理的未来发展方向进行展望。探讨未来可能出现的新技术、新方法以及对地基处理理论和规范的影响。分析未来大厚度湿陷性黄土场地地基处理在节能环保、可持续发展等方面的要求和发展趋势，为该领域的长期发展提供前瞻性的思考。1.3研究方法与技术路线1.3.1研究方法文献研究法：广泛查阅国内外关于湿陷性黄土特性、地基处理方法等方面的文献资料，包括学术期刊论文、学位论文、研究报告、工程规范等。通过对这些文献的梳理和分析，全面了解湿陷性黄土的研究现状、已有的研究成果以及存在的问题，为本研究提供坚实的理论基础和研究思路。例如，通过对相关文献的研究，了解到国内外在湿陷性黄土的微观结构、湿陷机理以及新型地基处理材料和技术等方面的研究进展，从而明确本研究的重点和方向。案例分析法：选取多个具有代表性的大厚度湿陷性黄土场地工程案例，对其工程地质条件、地基处理方案、施工过程、处理效果等进行深入分析。通过实际案例，总结不同地基处理方法在实际应用中的成功经验和遇到的问题，以及针对这些问题所采取的解决措施。例如，分析某大型工业厂房在大厚度湿陷性黄土场地采用强夯法处理地基的案例，研究强夯参数的选择、施工过程中的质量控制以及处理后地基的承载能力和沉降变形情况，为类似工程提供实际参考。现场试验法：在实际工程场地或模拟试验场地开展现场试验，对不同地基处理方法的处理效果进行直接测试和验证。通过现场试验，获取地基处理前后的各项物理力学指标数据，如土的密度、含水量、压缩模量、湿陷系数等，从而客观评价不同处理方法的加固效果。例如，在某大厚度湿陷性黄土场地进行灰土挤密桩现场试验，通过在桩间土和桩体中取样进行室内试验，以及进行现场载荷试验，测定地基的承载力和变形特性，为灰土挤密桩法在该场地的应用提供科学依据。数值模拟法：运用专业的岩土工程数值模拟软件，如FLAC、PLAXIS等，对大厚度湿陷性黄土场地地基处理过程进行数值模拟分析。通过建立合理的数值模型，模拟不同地基处理方法下地基的应力、应变分布情况以及沉降变形规律，预测地基处理效果。数值模拟可以弥补现场试验和理论分析的不足，对一些难以通过试验直接研究的问题进行深入探讨，如不同处理方法对地基深部土体的影响、复杂地质条件下地基处理方案的优化等。例如，利用数值模拟软件对桩基础在大厚度湿陷性黄土场地中的承载特性进行模拟分析，研究桩土相互作用机制，为桩基础的设计和优化提供参考。理论分析法：基于土力学、工程地质学等相关学科的基本理论，对湿陷性黄土的物理力学性质、湿陷机理以及地基处理方法的加固原理进行深入分析。通过理论推导和计算，建立相应的数学模型，为地基处理方案的设计和分析提供理论依据。例如，运用土的压缩理论和湿陷性黄土的湿陷变形理论，分析地基处理前后土的压缩性变化和湿陷变形的计算方法，为确定地基处理深度和处理效果评估提供理论支持。1.3.2技术路线本研究的技术路线如图1-1所示：资料收集：收集大厚度湿陷性黄土场地的相关资料，包括地质勘察报告、工程设计文件、施工记录、监测数据等。同时，广泛查阅国内外相关文献资料，了解湿陷性黄土的研究现状和发展趋势。湿陷性黄土特性分析：对收集到的地质勘察资料进行整理和分析，测定湿陷性黄土的物理力学性质指标，如颗粒组成、孔隙比、含水量、压缩性、抗剪强度等。深入研究湿陷性黄土的湿陷机理，分析影响湿陷性的因素。常用地基处理方法研究：对强夯法、灰土挤密桩法、桩基础法、预浸水法等常用地基处理方法进行理论分析，研究其加固原理、施工工艺、技术参数和质量控制要点。结合实际工程案例，对比不同处理方法的应用效果。工程案例分析：选取典型的大厚度湿陷性黄土场地工程案例，对其工程地质条件、建筑结构特点和地基处理要求进行详细分析。根据场地条件和工程要求，综合考虑各种地基处理方法的优缺点，进行多方案比选，确定最优的地基处理方案。对选定方案的实施过程进行跟踪研究，包括施工过程中的质量控制、监测方法以及遇到的问题和解决措施。地基处理新技术应用探索：关注国内外地基处理领域的新技术、新方法，探索其在大厚度湿陷性黄土场地中的应用可能性。分析新技术应用过程中可能面临的技术难题和挑战，并提出相应的解决思路和建议。结论与展望：综合以上研究成果，总结大厚度湿陷性黄土场地地基处理的方法和经验，提出适用于不同工程条件的地基处理方案建议。对大厚度湿陷性黄土场地地基处理的未来发展趋势进行展望，为该领域的进一步研究和工程实践提供参考。[此处插入技术路线图]图1-1技术路线图二、大厚度湿陷性黄土的特性分析2.1湿陷性黄土的基本概念2.1.1定义与分类湿陷性黄土是一种特殊土，指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土。这类黄土广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区。从分类来看，湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。自重湿陷性黄土是指在土的自重压力下受水浸湿发生湿陷的黄土。例如在某些地区，当黄土层厚度较大且地下水位较低时，上部黄土层在自身重力作用下，一旦受到水的浸湿，土颗粒间的结构迅速破坏，土体发生显著下沉。而非自重湿陷性黄土则是在土的自重压力下受水浸湿不发生湿陷，只有在自重应力和附加应力共同作用下才会发生湿陷的黄土。以某场地为例，其浅层黄土在自重作用下浸水未出现湿陷现象，但在建造建筑物施加附加荷载后，受水浸湿时产生了湿陷变形。在实际工程中，准确判断黄土属于自重湿陷性还是非自重湿陷性至关重要，因为这直接影响到地基处理方法的选择和工程的安全性。此外，老黄土通常不具湿陷性，其形成时间较早，经过长期的地质作用，土颗粒间的胶结作用较强，结构相对稳定。而新黄土，尤其是新近堆积黄土，往往具有较高的湿陷性，这类黄土堆积时间短，结构疏松，遇水后更容易发生湿陷变形。2.1.2湿陷变形机理湿陷变形的内在机制与土颗粒结构、胶结物等密切相关。从土颗粒结构角度来看，湿陷性黄土的土颗粒主要由粗粉粒和砂粒构成骨架，其中砂粒含量较少，且大部分砂粒不能直接接触，粗粉粒成为主要的骨架接触颗粒。细粉粒通常依附在较大颗粒表面，特别是集聚在较大颗粒的接触点处，与胶体物质一起作为填充材料。粘粒以及土体中所含的各种化学物质如铝、铁物质和一些无定型的盐类等，多集聚在较大颗粒的接触点起胶结和半胶结作用。在天然状态下，由于这些胶结物的凝聚结晶作用，砂粒和粗粉粒被牢固地粘结着，使得湿陷性黄土具有较高的强度。当湿陷性黄土遇水时，水对各种胶结物产生软化作用。例如，黄土中的可溶盐类遇水溶解流失，削弱了土体的强度与稳定性。研究表明，黄土骨架颗粒接触点处起胶结作用的可溶盐，遇水后其体积和厚度不断减小，削减由可溶盐胶结的那部分连接点的胶结强度，当残留的强度不能抵抗促使颗粒发生移动的外部荷载时，由可溶盐胶结的那部分连接点发生断裂，使结构体系的刚度降低，进而发生湿陷。同时，填充在骨架颗粒之间起胶结作用的粘土矿物吸水后软化，也削弱了骨架颗粒间的连接力，导致土体强度变小，引发黄土的湿陷。此外，湿陷性黄土的欠压密状态也是湿陷变形的重要原因。在干旱气候条件下，黄土层的形成过程中，蒸发影响深度大于大气降水的影响深度，充分的压力和适宜的湿度往往不能同时具备，导致土层压密欠佳。接近地表2-3米的土层，受大气降水影响虽具有适宜压密的湿度，但上覆土重小，土层得不到充分压密，形成了低湿度、高孔隙率的湿陷性黄土。这种欠压密状态使得黄土在遇水浸湿时，土颗粒有重新排列和进一步压密的趋势，从而导致显著的附加下沉。2.2大厚度湿陷性黄土的工程性质2.2.1物理性质大厚度湿陷性黄土的物理性质对其工程特性有着基础性的影响。从密度方面来看，其天然密度一般在1.33-1.81g/cm³之间，多数处于1.40-1.60g/cm³范围。例如，在甘肃某大厚度湿陷性黄土场地的勘察中，通过现场取样和室内测试，得到该场地黄土的天然密度平均值为1.50g/cm³。密度的大小与土颗粒的组成、孔隙比以及含水量密切相关。当土中粗颗粒含量较多时，密度相对较大；而孔隙比越大，密度则越小。在天然状态下，大厚度湿陷性黄土的孔隙比一般较高，变化范围在0.78-1.50之间，多数为0.8-1.2。如陕西某场地的湿陷性黄土孔隙比经测定多在1.0左右。较高的孔隙比意味着土颗粒间的孔隙较大，结构较为疏松，这是湿陷性黄土在遇水浸湿时容易发生结构破坏和附加下沉的重要原因之一。在竖向剖面上，孔隙比通常随深度增加而减小，这是由于上部土层在自重作用下逐渐压实，孔隙逐渐被压缩。大厚度湿陷性黄土的含水量在不同地区和不同深度差异较大，天然含水量一般在7%-23%之间，多数为12%-20%。例如，在宁夏某地区，塬、梁、峁上的黄土地下水位较深，黄土含水量在6%-8%之间；而低级阶地上的黄土，含水量较高，在11%-21%之间。含水量的大小直接影响着黄土的物理力学性质，当含水量较低时，黄土颗粒间的摩擦力较大，土体强度相对较高；随着含水量的增加，颗粒间的润滑作用增强，摩擦力减小，土体强度降低，湿陷性也可能增大。当含水量超过25%时，黄土通常不再具有湿陷性，而其压缩性则会相应增大。此外，湿陷性黄土的液限一般为21.7%-32.5%，多数为25%-31%。当液限在30%以上时，黄土的湿陷性较弱，且多为非自重湿陷性黄土；当液限小于30%时，湿陷一般较强烈。塑性指数多在6.7-13.1之间，多数为8-12。这些物理性质指标相互关联，共同影响着大厚度湿陷性黄土的工程特性。2.2.2力学性质大厚度湿陷性黄土的力学性质直接关系到地基的稳定性和建筑物的安全。其压缩性是一个关键指标，在天然状态下，湿陷性黄土的压缩性较小，但遇水浸湿后，土的结构破坏，压缩性显著增大。通过室内压缩试验可以测定黄土的压缩系数和压缩模量，一般来说，压缩系数越大，压缩模量越小，土的压缩性就越强。例如，某大厚度湿陷性黄土场地的原状土样在室内压缩试验中，当压力在100-200kPa时，压缩系数为0.15MPa⁻¹，压缩模量为10MPa；而在浸水饱和后，相同压力下压缩系数增大到0.5MPa⁻¹，压缩模量减小到3MPa。这种压缩性的变化对地基沉降有很大影响，地基在受荷后，由于黄土的压缩变形，会产生沉降。如果地基处理不当，过大的沉降可能导致建筑物出现裂缝、倾斜甚至倒塌等问题。抗剪强度是大厚度湿陷性黄土力学性质的另一个重要方面，它决定了土体抵抗剪切破坏的能力。湿陷性黄土的抗剪强度由内摩擦力和粘聚力两部分组成。在天然状态下，由于土颗粒间的胶结作用和摩擦力，黄土具有一定的抗剪强度。然而，当黄土遇水浸湿后，胶结物软化，颗粒间的连接力减弱，内摩擦力和粘聚力都会降低，抗剪强度随之减小。通过直剪试验和三轴试验可以测定黄土的抗剪强度指标，内摩擦角一般在15°-30°之间，粘聚力在10-50kPa之间。在实际工程中，地基土体在承受建筑物荷载时，会产生剪应力。如果土体的抗剪强度不足以抵抗剪应力，就会发生剪切破坏，导致地基失稳。对于大厚度湿陷性黄土场地，在进行地基设计和处理时，必须充分考虑其抗剪强度特性，采取有效的措施提高地基的抗剪强度，以保证地基的稳定性。2.3湿陷性黄土湿陷的影响因素2.3.1土质条件土质条件是影响湿陷性黄土湿陷的重要内在因素，主要包括颗粒组成和矿物成分等方面。在颗粒组成上，我国湿陷性黄土的颗粒主要为粉土颗粒，占总重量约50%-70%，其中又以0.05-0.01mm的粗粉土颗粒居多，占总重约40%-60%，小于0.005mm的粘土颗粒较少，占总重约14%-28%，大于0.1mm的细砂颗粒占总重在5%以内，基本无大于0.25mm的中砂颗粒。从地域分布来看，湿陷性黄土的颗粒从西北向东南有逐渐变细的规律。这种颗粒组成特点使得黄土具有较大的孔隙，结构相对疏松，为湿陷变形提供了空间条件。粗粉粒和砂粒在黄土结构中起骨架作用，但由于砂粒含量少且大部分不能直接接触，粗粉粒成为主要的骨架接触颗粒，而细粉粒和胶体物质作为填充材料，使得黄土在天然状态下具有一定强度，但遇水后结构容易破坏。黄土的矿物成分也对其湿陷性有显著影响。粗颗粒中主要是石英和长石，粘粒中主要是中等亲水性的伊利石。此外，湿陷性黄土中含有较多的水溶盐，呈固态或半固态分布在各种颗粒表面。这些水溶盐在黄土的结构中起到胶结作用，使得砂粒和粗粉粒在天然状态下通过胶结物的凝聚结晶作用被牢固粘结，赋予黄土较高的强度。然而，当黄土遇水时，水对这些胶结物产生软化作用，尤其是可溶盐类遇水溶解流失，会削弱土体的强度与稳定性。研究表明，黄土骨架颗粒接触点处起胶结作用的可溶盐，遇水后其体积和厚度不断减小，当残留强度无法抵抗外部荷载促使颗粒移动时，连接点断裂，结构体系刚度降低，从而发生湿陷。同样，填充在骨架颗粒之间起胶结作用的粘土矿物吸水后软化，也会削弱骨架颗粒间的连接力，使土体强度变小，引发黄土的湿陷。2.3.2外部条件外部条件是引发和加剧湿陷性黄土湿陷的重要因素，主要包括压力、含水量和浸水时间等。压力对黄土湿陷有着关键影响。当黄土所受压力达到一定程度时，即使在天然含水量下，其结构也可能逐渐被压缩破坏。在建筑物等荷载作用下，地基黄土承受的附加应力会增加，若超过黄土的结构强度，就会导致黄土颗粒重新排列，孔隙减小。当压力超过某一临界值时，黄土结构迅速破坏，在遇水浸湿后，湿陷变形会更加显著。以某大型工业厂房建设为例，在地基未处理前，由于上部结构传来的荷载较大，地基黄土在附加应力作用下，孔隙逐渐被压缩，当场地遇水浸湿后，地基发生了明显的湿陷，导致厂房地面出现裂缝，墙体倾斜。含水量是影响湿陷性的另一个关键因素。天然状态下，湿陷性黄土含水量较低，颗粒间的摩擦力和胶结力使得土体具有一定强度。当含水量增加时，水分对黄土颗粒间的胶结物产生软化和溶解作用，削弱了颗粒间的连接力。随着含水量的不断增大，黄土的抗剪强度降低，土体变得更加容易变形。当含水量达到一定程度时，黄土的湿陷性会急剧增大。研究表明，当黄土的含水量从10%增加到20%时，其湿陷系数可能会增大数倍。例如，在某地区的道路工程中，由于排水不畅，地基黄土含水量增加，在车辆荷载作用下，道路出现了严重的沉陷和开裂现象。浸水时间也是影响湿陷的重要外部条件。浸水时间越长，水分在黄土中的渗透和扩散越充分，对黄土结构的破坏作用也越强。在初始浸水阶段，黄土的湿陷变形发展较快，随着浸水时间的延长，湿陷变形逐渐趋于稳定，但如果浸水时间足够长，即使较小的湿陷变形也可能逐渐积累，对工程造成严重影响。例如，某建于湿陷性黄土地基上的桥梁，在长期的雨水浸泡下，地基黄土的湿陷变形持续发展，导致桥墩出现倾斜，影响了桥梁的安全使用。此外，浸水的方式和频率也会对湿陷产生影响，间歇性浸水可能会使黄土结构反复受到破坏和重塑，加剧湿陷变形。三、大厚度湿陷性黄土场地常用地基处理方法3.1垫层法3.1.1原理与作用垫层法是一种常见的地基处理方法，其基本原理是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实（或振实）至要求的密实度。在大厚度湿陷性黄土场地中，垫层法主要通过换填作用，改善地基土的性质，减少地基的湿陷量。当采用垫层法处理湿陷性黄土地基时，首先挖除基底下一定深度的湿陷性黄土层，然后换填素土或灰土等材料。素土垫层是采用基坑原状素土回填压实，土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。灰土垫层则是采用消石灰与基坑内挖出的黄土或其它粘性土按一定体积过筛拌匀后回填压实，消石灰与土体积配合比宜为2:8或3:7。通过夯实或振实等方式，使换填材料达到较高的密实度，形成一个强度较高的垫层。这个垫层能够置换基底以下的软弱土，提高地基的压缩模量和承载力。例如，某工程在大厚度湿陷性黄土场地采用灰土垫层法，通过现场载荷试验，处理后的地基承载力特征值从原来的80kPa提高到了200kPa。同时，垫层还能起到应力扩散的作用，将基础上的荷载扩散到下卧土层，减小下卧土层所受的压力和附加压力，从而减小地基沉降量。此外，整片土（或灰土）垫层还具有隔水、防水作用，防止下部未处理的湿陷性黄土层不受上部管道等设施漏水引起湿陷。在某建筑工程中，由于设置了整片灰土垫层，有效阻止了地基土受水浸湿，避免了地基湿陷事故的发生。3.1.2设计与施工要点垫层法的设计与施工要点涵盖多个关键方面。在材料选择上，需因地制宜。若选用砂垫层，材料宜选用质地坚硬的碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂、或石屑（粒径小于2mm的部分不应超过总重的45%），应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂或石粉（粒径小于0.075mm的部分不应超过总重的9%）时，应掺入不少于总重30%的碎石或卵石。对于湿陷性黄土地基，不得选用砂石等渗水材料。若采用素土垫层，土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。用于湿陷性黄土或膨胀土地基的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块。灰土垫层的土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。在厚度确定方面，换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。对于非自重湿陷性黄土地基上的垫层厚度，应保证天然黄土层所受的压力小于其湿陷起始压力值。对自重湿陷性黄土地基上，垫层厚度应大于非自重湿陷性黄土地基上垫层的厚度，或控制剩余湿陷量不大于20cm才能取得好的效果。在某自重湿陷性黄土场地，通过计算和现场试验，确定了垫层厚度为2m，有效控制了地基的湿陷变形。在施工工艺上，开挖基坑时，应避免坑底土层受扰动，可保留约200mm厚的土层暂不挖去，待铺填垫层前再挖至设计标高。垫层材料应分层铺填，每层铺填厚度一般为200-300mm，采用机械碾压或夯实设备进行压实。在压实过程中，应控制压实参数，如压实遍数、压实机械的行驶速度等，确保垫层的压实质量。每铺填一层，应进行质量检验，检验方法包括环刀法、灌砂法等，测定垫层的干密度或压实系数，使其达到设计要求。3.1.3适用范围与局限性垫层法适用于处理淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理，且建筑物荷载不太大的地基。在大厚度湿陷性黄土场地中，垫层法主要适用于处理浅层湿陷性黄土，一般处理深度宜控制在3m以内较为经济合理。例如，对于一些小型建筑物或对地基要求不高的工程，当湿陷性黄土层较浅时，采用垫层法能够有效地消除或减少地基的湿陷性，提高地基的承载能力。然而，垫层法也存在一定的局限性。其处理深度有限，对于大厚度湿陷性黄土场地，难以通过垫层法完全消除地基的湿陷性。当湿陷性黄土层厚度较大时，仅靠垫层法处理，无法满足地基的稳定性和变形要求。垫层法对地基土的承载力提高幅度相对有限，对于荷载较大的建筑物，可能无法提供足够的承载能力。此外，在施工过程中，若地下水位较高，会增加施工难度，如需要采取降水措施，否则会影响垫层的压实质量。在某地下水位较高的大厚度湿陷性黄土场地，采用垫层法施工时，由于降水措施不当，导致垫层含水量过大，无法达到设计的压实度，影响了地基处理效果。3.2强夯法3.2.1加固原理与工艺强夯法是一种利用重锤从高处自由落下产生的强大冲击力和冲击能，对地基一定深度内土体进行密实、加固的地基处理方法。其加固原理主要基于动力密实和动力固结作用。从动力密实角度来看，对于多孔隙、粗颗粒、非饱和的湿陷性黄土，在重锤的巨大冲击能量作用下，土体中的气体迅速排出或被压缩，孔隙体积减小，土颗粒重新排列相互靠拢，使土体挤密压实，从而提高土体的密实度和强度。例如，在某大厚度湿陷性黄土场地，通过强夯处理后，地基土的孔隙比从0.9减小到0.7，干密度从1.4g/cm³增加到1.6g/cm³，地基承载力得到显著提高。从动力固结作用方面，当重锤夯击地基时，在极短的时间内对地基土体施加一巨大的冲击能量，加荷历时约几十毫秒，对含水量较大的土层，加荷时间约100毫秒左右。这种突然释放的巨大能量，将转化为各种波型传到地下。首先到达某指定范围的波是压缩波，它使土体受压或受拉，能引起瞬时的孔隙水汇集，使地基土的抗剪强度大为降低。紧随压缩波之后的是剪切波，以振动能量26%传播出去，剪切波会导致土体结构的破坏。此外的瑞利波（面波）以振动能量的67%传出，在夯点附近造成地面隆起。土体在这些波的综合作用下，土体结构破坏，随后孔隙水排出，土体逐渐固结压密，强度提高。强夯法的施工工艺较为关键。施工前，需根据工程要求和场地条件，选择合适的强夯设备，包括夯锤和起重机。夯锤通常用钢板做外壳，内部焊接钢筋骨架后浇筑C30混凝土，或用钢板做成组合成的夯锤。锤底面积宜按土的性质和锤重确定，锤底静压力值可取25-40kPa；对于粗颗粒土（砂质土和碎石类土）选用较大值，一般锤底面积为3-4m²；对于细颗粒土（黏性土或淤泥质土）宜取较小值，锤底面积不宜小于6m²。起重机宜选用起重能力在150KN以上的履带式起重机或其他专用起重设备，夯锤起吊应符合提升高度的要求并有足够的安全措施，自动脱钩装置应具有足够强度，且施工灵活。在施工过程中，首先要清理并平整施工场地，然后根据设计要求布置夯点。夯点布置通常采用等边三角形、等腰三角形或者正方形，夯点间距约在5-9米，如果处理深度较大，还可适当增大间距。确定夯击参数，包括单击夯击能、夯击次数和夯击遍数等。单击夯击能一般根据地基土的性质和处理深度确定，可通过现场试夯来调整。夯击次数一般以最后两击的平均夯沉量不大于50mm（当单击夯击能较大时不大于100mm）为控制标准。夯击遍数通常为2-3遍，最后再以低能量满夯1-2遍。每遍夯击之间应间隔一定时间，对于渗透能力较差的地基土，间隔时间最好不要少于3-4周，以利于地基土中超静孔隙水压力的消散。在夯击过程中，要及时测量夯沉量，并做好记录，以便对强夯效果进行监测和评估。3.2.2影响强夯效果的因素影响强夯效果的因素众多，其中锤重和落距是关键因素之一。锤重和落距决定了夯击能的大小，夯击能等于锤重与落距的乘积。一般来说，夯击能越大，地基的加固深度和效果越好。在某大厚度湿陷性黄土场地的强夯试验中，当锤重为20t，落距为10m时，单击夯击能为2000kN・m，地基加固深度可达6m；当锤重增加到30t，落距增大到15m，单击夯击能达到4500kN・m时，加固深度增加到8m。然而，并非夯击能越大越好，过大的夯击能可能会导致土体过度破碎，产生橡皮土等不良现象，反而影响地基的加固效果。因此，需要根据场地的土质条件、处理深度等因素合理选择锤重和落距，以确定合适的夯击能。夯击次数和夯击遍数也对强夯效果有重要影响。夯击次数过少，地基土得不到充分的夯实，无法达到预期的加固效果；夯击次数过多，则可能导致土体过度扰动，造成能量浪费。夯击遍数的确定需要综合考虑地基土的性质和加固要求。对于大多数地基土，一般可先进行2-3遍主夯，然后再进行1-2遍低能量满夯。在主夯过程中，通过较大的夯击能使地基土深部得到加固；满夯则主要是对浅层地基土进行表面压实，使地基土的表层更加均匀密实。例如，在某工程中，通过现场试验对比发现，当夯击遍数为3遍主夯加1遍满夯时，地基的承载力和密实度达到最佳状态，而夯击遍数过多或过少都会使地基处理效果变差。地基土的性质是影响强夯效果的内在因素。不同性质的地基土，如土的颗粒组成、含水量、孔隙比等，对强夯的响应不同。对于颗粒较粗、孔隙比大、含水量较低的湿陷性黄土，强夯效果通常较好，因为这类土在夯击作用下，气体和水分容易排出，土体容易被压实。相反，对于含水量过高的饱和粘性土，强夯时孔隙水压力难以消散，土体容易出现隆起和反弹现象，强夯效果较差。研究表明，土的天然含水量在低于塑限含水量的1-3%，且接近最佳含水量时，强夯效应最好。当天然含水量大于塑限含水量时，同一夯击能的影响深度大大减少，还会出现土体反弹。此外，土的密度也是强夯作业中的一个重要参考信息，土的密度越大，强夯作业后的夯沉量同比之下越小，在含水率适中，土密度又比较大的情况下，采用强夯处理地基，能够产生比较理想的处理效果。3.2.3工程应用案例分析以某大型工业厂房在大厚度湿陷性黄土场地的地基处理工程为例，该场地湿陷性黄土层厚度达10m，为自重湿陷性黄土。设计要求地基处理后承载力特征值达到200kPa以上，消除地基的湿陷性。经过方案比选，最终采用强夯法进行地基处理。在施工过程中，选用了锤重30t，落距15m的夯锤，单击夯击能为4500kN・m。夯点按等边三角形布置，间距为6m。先进行3遍主夯，每遍夯击次数根据最后两击平均夯沉量不大于100mm控制。主夯完成后，间隔4周进行1遍低能量满夯，满夯落距为5m。在强夯施工前，对场地进行了地质勘察，测定了地基土的各项物理力学指标，包括含水量、孔隙比、压缩系数等。在施工过程中，严格控制夯击参数，及时测量夯沉量，并对夯坑周围地面的隆起情况进行监测。强夯处理后，通过现场载荷试验和室内土工试验对地基处理效果进行检测。现场载荷试验结果表明，地基承载力特征值达到了220kPa，满足设计要求。室内土工试验测定的地基土孔隙比减小到0.75，湿陷系数小于0.015，消除了地基的湿陷性。从沉降观测数据来看，在厂房建成后的运营期间，地基沉降稳定，沉降量较小，满足建筑物的使用要求。通过该案例可以看出，强夯法在大厚度湿陷性黄土场地地基处理中具有良好的应用效果。但在应用过程中，需要注意以下事项。施工前要进行详细的地质勘察，准确掌握地基土的性质和场地条件，以便合理设计强夯参数。在施工过程中，要严格控制施工质量，确保夯击参数符合设计要求，及时处理施工中出现的问题，如夯坑周围地面隆起过大、夯沉量异常等。强夯施工会产生较大的振动和噪声，对周边环境可能造成影响，因此需要采取相应的防护措施，如设置隔振沟等。同时，要合理安排施工时间，避免对周边居民和单位的正常生活和工作造成干扰。3.3挤密桩法3.3.1灰土挤密桩和土挤密桩灰土挤密桩和土挤密桩是处理湿陷性黄土地基的常用方法，二者在材料、成桩工艺和加固原理上既有相似之处，也存在一定差异。灰土挤密桩是利用打入钢套管（或振动沉管）在地基中成孔，通过挤压作用使地基土得到加密，然后在孔内分层填入灰土并夯实而成。灰土挤密桩中的灰土是由石灰和土按一定比例混合而成，常用的配合比为2:8或3:7。石灰在灰土中起着重要作用，它与土中的活性硅铝物质发生化学反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝物质，这些胶凝物质填充在土颗粒之间，使土体的强度和水稳性得到提高。土挤密桩的成桩工艺与灰土挤密桩类似，也是先成孔，然后在孔内分层填入素土并夯实。土挤密桩主要依靠成孔过程中的侧向挤压作用，使桩间土的密实度增加，从而提高地基的承载力和稳定性。从加固原理来看，灰土挤密桩和土挤密桩都通过成孔时的横向挤压作用，使桩间土的孔隙减小，密实度提高。在某工程中，采用灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基，通过现场测试发现，桩间土的干密度从原来的1.4g/cm³提高到了1.6g/cm³，孔隙比从0.9减小到0.7。这种挤密作用使桩间土的物理力学性质得到改善，增强了地基的承载能力。此外，灰土挤密桩中的灰土桩体与桩间土形成复合地基，共同承担上部荷载。灰土桩体的强度和刚度相对较高，能够有效地扩散荷载，减小地基的沉降量。同时，灰土桩体还具有一定的吸水性，能够吸收周围土体中的水分，降低土体的含水量，从而减少地基的湿陷性。土挤密桩则主要通过提高桩间土的密实度来增强地基的整体性能。3.3.2设计参数与施工控制灰土挤密桩和土挤密桩的设计参数对于确保地基处理效果至关重要。桩径一般根据地基土的性质、施工设备和工程要求等因素确定，通常在300-600mm之间。在某工程中，根据场地的湿陷性黄土特性和施工设备条件，选用了400mm的桩径，取得了良好的处理效果。桩距的确定需要综合考虑桩径、桩间土的挤密效果以及地基的承载力要求等因素。一般来说，桩距不宜过大，否则桩间土的挤密效果不佳；也不宜过小，以免施工时相邻桩之间相互影响。桩距可通过公式计算或现场试验确定，通常为桩径的2-4倍。桩长的确定应根据地基的湿陷性土层厚度、建筑物的荷载要求以及地基的稳定性等因素综合考虑。桩长应穿透湿陷性黄土层，使桩端落在非湿陷性土层上，以确保地基的稳定性。在某自重湿陷性黄土场地，湿陷性黄土层厚度为8m，通过计算和分析，确定桩长为10m，有效地消除了地基的湿陷性。在施工过程中，质量控制要点不容忽视。成孔质量是关键环节之一，成孔应保持垂直，偏差不应大于1.5%。成孔深度应符合设计要求，偏差不应大于50mm。在某工程施工中，通过严格控制成孔垂直度和深度，保证了桩体的质量和处理效果。填料的质量也至关重要，灰土挤密桩的灰土应拌合均匀，土料宜用粉质粘土，不得含有松软杂质，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。土挤密桩的素土应符合设计要求，土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。在某灰土挤密桩工程中，由于对灰土的拌合质量控制不到位，导致桩体强度不均匀，影响了地基的处理效果。夯实质量直接影响桩体的强度和密实度，应严格控制夯实的遍数和夯实能量。每夯实一层，应进行质量检验，测定其干密度或压实系数，确保符合设计要求。在某土挤密桩工程中，通过采用重锤夯实，增加夯实遍数，使桩体的干密度达到了设计要求，提高了地基的承载力。3.3.3加固效果与评价通过实际工程案例的检测数据，可以对挤密桩法的加固效果进行客观评价。在某大厚度湿陷性黄土场地的工业厂房建设中，采用灰土挤密桩处理地基。处理后，通过现场载荷试验测定地基承载力特征值，结果显示从原来的80kPa提高到了200kPa，满足了厂房对地基承载力的要求。通过室内土工试验测定桩间土的湿陷系数，湿陷系数从处理前的0.06减小到了0.01，消除了地基的湿陷性。从沉降观测数据来看，在厂房建成后的运营期间，地基沉降稳定，沉降量较小，满足建筑物的使用要求。在另一采用土挤密桩处理的民用建筑工程中，处理后的地基承载力特征值从100kPa提高到了180kPa，满足了住宅的承载要求。桩间土的湿陷性也得到有效消除，湿陷系数大幅降低。在建筑物使用多年后，未出现明显的沉降和开裂等问题，表明土挤密桩法在该工程中的应用取得了良好效果。总体而言，挤密桩法在大厚度湿陷性黄土场地地基处理中具有显著的加固效果，能够有效提高地基承载力，消除地基的湿陷性，减小地基沉降量。通过合理设计和严格施工控制，挤密桩法可以为各类建筑物提供稳定可靠的地基基础。然而，在实际应用中，仍需根据具体工程条件，如土质特性、建筑物荷载等，选择合适的挤密桩类型和设计参数，并加强施工过程中的质量控制，以确保地基处理效果的可靠性和稳定性。3.4其他处理方法3.4.1预浸水法预浸水法是处理湿陷性黄土地基的一种方法，其原理是利用黄土在一定压力下受水浸湿后会发生湿陷的特性，通过在施工前使场地大面积浸水，让黄土预先湿陷，从而消除或减小地基的湿陷性。当场地浸水时，水分逐渐渗透到黄土中，黄土颗粒间的胶结物被软化，结构逐渐破坏，土体发生下沉。在某自重湿陷性黄土场地，通过预浸水法处理，地基的湿陷性得到了有效消除，湿陷系数大幅降低。预浸水法适用于处理湿陷性黄土层厚度大于10m，自重湿陷量的计算值不小于50cm的场地。这类场地由于湿陷性黄土层较厚，湿陷问题较为严重，采用预浸水法能够充分利用其原理，使地基在施工前就完成大部分湿陷变形，从而为后续工程建设提供稳定的地基基础。在某大型工业场地，湿陷性黄土层厚度达15m，自重湿陷量计算值为60cm，采用预浸水法处理后，地基的湿陷性得到有效控制，满足了工程建设的要求。然而，预浸水法也有一定的局限性，它需要有充足的水源供应，且浸水时间较长，一般需要数月甚至更长时间。同时，浸水过程中可能会对周边环境产生一定影响，如导致周边土体含水量增加，引起相邻建筑物的地基变形等。因此，在采用预浸水法时，需要充分考虑这些因素，并采取相应的措施加以防范。3.4.2桩基础桩基础是一种常用的深基础形式，在大厚度湿陷性黄土场地中，桩基础通过将桩穿透湿陷性土层，将上部结构的荷载传递到下部坚实的土层或岩层上，从而避免湿陷性黄土对建筑物的影响。根据桩的承载机理，可分为摩擦桩和端承桩。摩擦桩主要依靠桩侧与土之间的摩擦力来承担上部荷载，在湿陷性黄土场地，桩侧土在湿陷过程中可能会对桩产生负摩阻力，因此在设计时需要考虑负摩阻力对桩承载力的影响。端承桩则主要依靠桩端阻力来承担荷载，要求桩端进入坚实的持力层，以确保桩基础的稳定性。在大厚度湿陷性黄土场地中，桩型的选择需要综合考虑多种因素。对于湿陷性黄土层较厚、上部荷载较大的情况，可选用钢筋混凝土灌注桩。灌注桩能够根据工程要求调整桩径和桩长，适应性较强。在某高层建筑工程中，由于场地湿陷性黄土层厚度大，上部荷载重，采用了大直径钢筋混凝土灌注桩，桩径为1.2m，桩长30m，有效承载了上部结构的荷载。当场地条件允许，且对桩的承载能力要求不是特别高时，也可选用预制桩。预制桩施工速度快，质量易于控制，但在运输和施工过程中需要注意避免桩身损坏。在某工业厂房建设中，采用了预应力混凝土预制桩，施工效率高，满足了工程进度要求。此外，还可根据具体情况选择灰土桩、水泥土桩等，这些桩型在一定程度上能够改善桩周土的性质，提高桩的承载能力。桩基础的设计和施工需要严格按照相关规范和标准进行，确保桩的承载力、稳定性和耐久性满足工程要求。四、大厚度湿陷性黄土场地地基处理案例分析4.1案例一：某大型工业厂房地基处理4.1.1工程概况该大型工业厂房位于湿陷性黄土地区，总建筑面积达50000平方米，主要用于重型机械设备的生产和组装。场地地势较为平坦，但地质条件复杂，湿陷性黄土层厚度较大，经勘察，湿陷性黄土层厚度在12-15m之间。根据相关规范和试验检测，该场地湿陷性黄土为自重湿陷性黄土，湿陷等级为Ⅲ级。这意味着在土体自重压力下，受水浸湿后地基会发生显著的湿陷变形，对厂房的稳定性构成严重威胁。在未进行地基处理前，地基承载力特征值仅为80kPa，远不能满足厂房上部结构对地基承载力的要求。场地地下水位较深，一般在地面以下10m左右，这在一定程度上增加了地基处理的难度。由于厂房内设备众多，且部分设备荷载较大，对地基的稳定性和变形要求极为严格，因此，选择合适的地基处理方法至关重要。4.1.2地基处理方案选择与设计在地基处理方案选择阶段，对多种常见的处理方法进行了深入的分析和比较。强夯法虽然能够有效提高地基的密实度和承载力，但对于如此大厚度的湿陷性黄土，单纯采用强夯法难以完全消除地基的湿陷性。桩基础法能够将荷载传递到深部稳定土层，但工程造价较高，施工工艺复杂。预浸水法适用于湿陷性黄土层厚度大、自重湿陷量计算值大的场地，但该场地地下水位较深，水源供应困难，且浸水时间长，对周边环境影响较大，因此也不适合。经过综合考虑，最终确定采用强夯法结合灰土挤密桩的方案。该方案的优势在于，强夯法可以先对浅层地基土进行加固，提高地基的整体强度和密实度；灰土挤密桩则能够进一步消除深层湿陷性黄土的湿陷性，同时与桩间土形成复合地基，提高地基的承载力。在设计参数方面，强夯法选用锤重30t，落距15m，单击夯击能达到4500kN・m。夯点按等边三角形布置，间距为6m。先进行3遍主夯，每遍夯击次数根据最后两击平均夯沉量不大于100mm控制。主夯完成后，间隔4周进行1遍低能量满夯，满夯落距为5m。灰土挤密桩桩径为400mm，桩距1.2m，按等边三角形布置。桩长10m，以确保穿透湿陷性黄土层，桩体采用2:8灰土，压实度不小于95%。通过这些设计参数的合理选择，旨在充分发挥强夯法和灰土挤密桩的优势，有效消除地基的湿陷性，提高地基的承载力和稳定性。4.1.3施工过程与质量控制施工过程严格按照设计方案和相关规范进行。强夯施工前，首先对场地进行平整，清除表层的杂物和松散土层。然后根据设计要求，准确测量并标记夯点位置。选用的强夯设备为履带式起重机，配备自动脱钩装置，确保夯锤能够自由落下。在强夯过程中，密切关注夯锤的落距和夯击次数，及时测量夯沉量，并做好记录。当夯沉量出现异常时，立即停止施工，分析原因并采取相应的措施进行处理。例如，在某一区域夯沉量过大，经检查发现是由于该区域地下存在局部软弱土层，通过增加夯击次数和调整夯击能，使夯沉量达到了设计要求。灰土挤密桩施工时，采用柴油打桩机成孔，成孔过程中严格控制垂直度，偏差不超过1.5%。成孔深度达到设计要求后，对孔壁进行清理，确保无塌孔现象。灰土采用现场搅拌，严格控制石灰和土的配合比，搅拌均匀。填料时，分层填入灰土，每层厚度控制在300-400mm，采用重锤夯实，夯实次数不少于8次。每完成一批桩的施工，及时进行质量检测，包括桩身完整性检测和桩间土挤密效果检测。桩身完整性采用低应变法检测，桩间土挤密效果通过现场取样测定干密度和湿陷系数来评估。在施工过程中，还加强了对周边环境的监测，防止强夯施工产生的振动和灰土挤密桩施工产生的噪音对周边建筑物和居民造成影响。4.1.4处理效果评估地基处理完成后，通过多种手段对处理效果进行了全面评估。采用现场载荷试验测定地基承载力特征值，试验结果表明，地基承载力特征值达到了220kPa，满足了厂房对地基承载力的要求。通过室内土工试验测定桩间土的湿陷系数，湿陷系数从处理前的0.06减小到了0.01，消除了地基的湿陷性。在厂房运营期间，对地基进行了长期的沉降观测，沉降观测数据显示，地基沉降稳定，最大沉降量为20mm，满足建筑物的使用要求。通过对处理效果的评估，可以看出强夯法结合灰土挤密桩的方案在该大型工业厂房地基处理中取得了良好的效果，有效提高了地基的承载力和稳定性，消除了地基的湿陷性，为厂房的安全运营提供了可靠保障。4.2案例二：某高层建筑地基处理4.2.1工程背景与要求该高层建筑位于湿陷性黄土地区，建筑高度为80m，共25层，采用框架-核心筒结构形式。由于建筑高度较高，结构复杂，对地基的承载力和变形要求极为严格。根据设计要求，地基承载力特征值需达到300kPa以上，以确保上部结构的稳定。同时，为保证建筑物在使用过程中的安全性和舒适性，地基的沉降量必须严格控制在允许范围内，最大沉降量不得超过50mm，差异沉降不得超过0.002L（L为相邻柱基中心距离）。经地质勘察，场地湿陷性黄土层厚度在15-18m之间，属于大厚度湿陷性黄土场地，且为自重湿陷性黄土，湿陷等级为Ⅳ级。场地地下水位较深，一般在地面以下12m左右，这给地基处理带来了一定的挑战。在未进行地基处理前，地基承载力特征值仅为100kPa，远远不能满足高层建筑的要求，因此，必须选择合适的地基处理方法来提高地基的承载力和稳定性，消除地基的湿陷性。4.2.2地基处理方案制定针对场地的复杂条件和工程要求，经过详细的分析和论证，最终确定采用桩基础结合地基加固的方案。桩基础选用钢筋混凝土灌注桩，桩径为800mm，桩长20m，以确保桩端能够穿透湿陷性黄土层，进入下部稳定的持力层。桩身混凝土强度等级为C35，钢筋采用HRB400级钢筋。在桩基础施工过程中，为保证桩的质量和承载能力，采用泥浆护壁钻孔灌注桩工艺，严格控制泥浆的比重、粘度和含砂率等指标。为进一步提高地基的承载能力和稳定性，在桩间土中采用灰土挤密桩进行加固。灰土挤密桩桩径为400mm，桩距1.2m，按等边三角形布置。桩长8m，桩体采用2:8灰土，压实度不小于95%。灰土挤密桩通过成孔时的侧向挤压作用，使桩间土的密实度增加，同时灰土桩体与桩间土形成复合地基，共同承担上部荷载。在灰土挤密桩施工前，对土料和石灰进行严格的质量检验，确保土料中有机质含量不超过5%，石灰为新鲜的消石灰，颗粒不得大于5mm。灰土拌合时，严格控制配合比，确保拌合均匀。4.2.3施工难点与解决措施在施工过程中，遇到了诸多难题。成孔困难是较为突出的问题之一。由于场地湿陷性黄土土质坚硬，含水量较低，在灌注桩和灰土挤密桩成孔时，容易出现塌孔、缩径等现象。针对这一问题，在灌注桩施工中，加大了泥浆的比重和粘度，使其比重控制在1.2-1.3之间，粘度控制在22-25s之间，以增强泥浆对孔壁的支撑作用。同时，合理调整钻进速度，在土质坚硬段适当降低钻进速度，避免因钻进速度过快导致孔壁坍塌。在灰土挤密桩成孔时，采用了先注水湿润土体的方法，使土体含水量达到最佳含水量附近，降低土体的硬度，从而减少塌孔和缩径的发生。桩身质量控制也是施工中的关键环节。在灌注桩施工中，为防止混凝土浇筑过程中出现堵管、断桩等问题，严格控制混凝土的坍落度，使其保持在180-220mm之间。同时，加强对混凝土原材料的检验，确保水泥、骨料等质量符合要求。在浇筑过程中，采用导管法进行浇筑，保证导管埋深在2-6m之间，避免导管提漏。在灰土挤密桩施工中，严格控制灰土的拌合质量和夯实质量。灰土拌合时，采用机械拌合，确保拌合均匀。夯实过程中，采用重锤夯实，控制夯实次数不少于8次，以保证桩体的密实度。此外，施工过程中还面临着环境保护的挑战。强夯施工产生的振动和噪声，以及灰土挤密桩施工产生的扬尘，对周边环境和居民生活造成了一定影响。为减少振动和噪声污染，在强夯施工时，合理安排施工时间，避免在居民休息时间进行强夯作业。同时，在强夯设备上安装减振装置，减少振动对周边建筑物的影响。对于灰土挤密桩施工产生的扬尘，采取洒水降尘、设置围挡等措施，有效控制了扬尘的扩散。4.2.4运行监测与反馈在建筑物运行期间，对地基进行了长期的沉降监测。在建筑物的角点、中点以及沉降缝两侧等关键部位设置了沉降观测点，采用高精度水准仪进行定期观测。监测频率为施工期间每月观测一次，建筑物竣工后前两年每季度观测一次，之后每年观测一次。监测数据显示，在施工期间，地基沉降量随施工进度逐渐增加，但沉降速率较为稳定，未出现异常沉降情况。建筑物竣工后，随着时间的推移，地基沉降逐渐趋于稳定。经过三年的监测，最大沉降量为35mm，差异沉降均在允许范围内，满足建筑物的使用要求。通过对沉降监测数据的分析，及时反馈了地基的实际情况。如果发现沉降量有增大趋势或出现异常情况，及时进行原因分析，并采取相应的措施进行处理。例如，在某一区域沉降量略大于其他区域，经分析是由于该区域地下存在局部软弱土层，通过增加该区域的桩长和桩径，有效控制了沉降量。运行监测与反馈机制为建筑物的安全运营提供了有力保障，也为类似工程的地基处理提供了宝贵的经验。五、大厚度湿陷性黄土场地地基处理新技术与发展趋势5.1新型地基处理技术5.1.1孔内深层强夯法（DDC）孔内深层强夯法（Down-holeDynamicCompaction，简称DDC）是一种新型深层地基处理方法。其原理是先成孔至预定深度，然后自下而上分层填料强夯或边填料边强夯，形成高承载力的密实桩体和强力挤密的桩间土。在成孔过程中，对桩周土体产生侧向挤压作用，使桩间土得到密实。当采用建筑垃圾、杂土、素土、石料、灰土、无毒工业废料及它们的混合物等为填料进行强夯时，这些填料在高动能的作用下，与桩间土紧密结合，形成具有较高承载力的复合地基。DDC法的施工工艺相对复杂，首先需根据工程要求和场地条件确定成孔方式，常见的有钻孔和冲孔。钻孔成孔时，使用专业的钻孔设备，如螺旋钻机等，按照设计的桩位和孔深进行钻孔，确保孔壁的垂直度和完整性。冲孔成孔则是利用重锤冲击成孔，通过控制重锤的落距和冲击次数，保证成孔质量。成孔完成后，进行填料强夯。将准备好的填料，如灰土、砂石等，分层填入孔内，每层填料都需进行强夯。强夯时，使用特制的重力夯锤，从一定高度自由落下，对填料进行冲、砸、挤，使填料在孔内形成密实的桩体。在填料强夯过程中，要严格控制夯击参数，包括夯锤的重量、落距、夯击次数等，以确保桩体的质量和承载力。在大厚度湿陷性黄土场地中，DDC法具有显著优势。其使用范围广泛，可用于各类地基处理，尤其适用于深厚层湿陷性黄土。在某大厚度湿陷性黄土场地，湿陷性黄土层厚度达20m，采用DDC法进行地基处理后，地基承载力得到显著提高。用料标准低，可就地取材，凡是无机固体材料均可作为填料，如土、砂、碎石、建筑垃圾等。这不仅降低了工程造价，还减少了材料运输过程中的成本和环境影响。DDC法具有高动能、高压强和强挤密效应，夯击能可达2000-3000kN・m/m²，为一般强夯压能的5-8倍。在高动能的作用下，桩体和桩间土的密实度大幅提高，地基承载力提高显著。渣土桩的承载力特征值可达1000-1800kPa，复合地基的承载力特征值可达200-800kPa，为原天然地基的3-9倍。地基处理深度大，一般处理深度可达20m左右，最深可达30m，能够有效处理大厚度湿陷性黄土。复合地基变形模量大，沉降变形小，变形模量显著提高，承载性状明显，地基变形量大为降低，E0值可达30-40MPa以上。该技术震动小，噪音低，可大量节约钢材、水泥，降低工程造价，一般可降低造价25%-80%以上，同时能消纳渣土，具有良好的社会经济效益和环保意义。5.1.2高压旋喷注浆法高压旋喷注浆法是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，用高压泥浆泵，通过安装在钻杆（喷杆）杆端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液（一般使用水泥浆液）。在喷射浆液的同时，钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升。高压射流具有强大的冲击力，能使一定范围内的土体结构破坏。土体在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下，与固化浆液充分搅拌混合。随着时间的推移，浆液凝固，便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。当喷射流作360°旋转（旋喷）时，固结体呈圆形；喷射流束固定一个方向喷射（定喷）时，固结体为条形；喷射流作顺、逆时针方向小于180°往复喷射（摆喷）时，固结体呈扇形。该方法适用于多种土质条件，在淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土等地基中均有应用。在大厚度湿陷性黄土场地，当需要对局部地基进行加固或形成止水帷幕时，高压旋喷注浆法具有较好的适用性。在某大厚度湿陷性黄土场地的基坑工程中，为防止地下水渗漏，采用高压旋喷注浆法形成了止水帷幕，取得了良好的效果。然而，该方法也有一定的局限性，对于含有大量大粒径块石、坚硬粘性土、大量植物根茎或过多有机质的土，以及地下水流速过大和已涌水的地基工程，应根据现场试验结果确定其适用性。在地下水流速过大的区域，浆液可能会被水流冲走，无法形成有效的固结体。在工程应用中，高压旋喷注浆法具有成本较低，施工速度较快的特点。与一些传统的地基处理方法相比，其工程造价相对较低，且施工效率高，能够缩短工程工期。固结体强度大，可靠性高，形成的固结体能够承受较大的荷载，为工程结构提供稳定的支撑。该方法施工噪音较小，对周边环境的影响较小，且通常采用水泥浆液，不会造成环境和地下水的污染，耐久性较好。在某工业厂房的地基加固工程中，采用高压旋喷注浆法对大厚度湿陷性黄土场地的地基进行处理，处理后的地基承载力满足了厂房的使用要求，且在后续的使用过程中，地基稳定，未出现明显的变形和沉降问题。5.1.3其他新技术简介土工合成材料加固技术是利用高分子材料或合成纤维材料制成土工格栅、土工膜等，将其铺设在地基中，通过与土体的相互作用，达到加固地基的效果。土工格栅具有高抗拉强度和良好的变形性能，能够有效地提高地基的承载能力和稳定性。在大厚度湿陷性黄土场地，土工格栅可用于增强地基的抗拉强度，防止地基土体的侧向位移。在某道路工程中，在大厚度湿陷性黄土路基中铺设土工格栅，提高了路基的稳定性，减少了道路的沉降和开裂。土工膜则主要用于防止水分渗透，提高地基的耐久性。在一些对防水要求较高的工程中，如垃圾填埋场的地基处理，土工膜可有效地阻止地下水的渗透，保护周边环境。智能地基监测技术是利用传感器、物联网技术、大数据分析等技术，实时监测地基的沉降、倾斜、应力、温度等参数，并对地基状况进行智能分析。通过在地基中布置各种传感器，如位移传感器、应力传感器等，将监测数据实时传输到数据处理中心。利用大数据分析和人工智能算法，对监测数据进行处理和分析，及时发现地基的异常情况，并对地基的安全性和耐久性进行评估。在大厚度湿陷性黄土场地，智能地基监测技术可以实时监测地基在处理后的变形和稳定性情况，为工程的安全运营提供保障。当监测到地基沉降异常时，系统可以及时发出警报，以便采取相应的措施进行处理。这种技术还可以实现地基监测数据的远程传输和共享，方便施工人员和业主实时掌握地基状况。五、大厚度湿陷性黄土场地地基处理新技术与发展趋势5.2地基处理技术的发展趋势5.2.1多方法联合应用在大厚度湿陷性黄土场地的地基处理中，单一的地基处理方法往往存在局限性，难以全面满足工程的复杂需求。因此，多方法联合应用成为未来发展的重要趋势。通过将不同的地基处理方法有机结合，可以充分发挥各方法的优势，弥补单一方法的不足，从而达到更好的加固效果。以强夯法与灰土挤密桩法的联合应用为例，强夯法能够有效地提高浅层地基土的密实度和强度，使浅层土体得到加固。灰土挤密桩法则通过成孔和夯实灰土，进一步消除深层湿陷性黄土的湿陷性，提高深层地基的承载力。在某大型工业厂房的地基处理中，先采用强夯法对浅层地基进行处理，使浅层地基土的孔隙比减小，干密度增加，承载力得到提升。然后在强夯处理后的地基上施工灰土挤密桩，桩体与桩间土形成复合地基，共同承担上部荷载。这种联合处理方法，既解决了强夯法处理深度有限的问题，又弥补了灰土挤密桩法对浅层地基加固效果相对较弱的不足，使地基的整体性能得到显著改善。再如，桩基础与地基加固技术的联合应用。在大厚度湿陷性黄土场地，桩基础可以将上部结构的荷载传递到深部稳定土层，确保建筑物的稳定性。为进一步提高地基的承载能力和稳定性，可在桩间土中采用灰土挤密桩、砂石桩等进行加固。桩基础与地基加固技术的联合应用，不仅提高了地基的承载能力，还增强了地基的整体稳定性，减少了建筑物的沉降和不均匀沉降。在某高层建筑的地基处理中，采用钢筋混凝土灌注桩作为桩基础，桩端进入稳定的持力层。同时，在桩间土中设置灰土挤密桩，通过灰土挤密桩对桩间土的挤密作用和灰土与桩间土的化学反应，提高了桩间土的密实度和强度。这种联合处理方案，有效地满足了高层建筑对地基承载力和变形的严格要求。5.2.2智能化与信息化施工随着科技的飞速发展，智能化与信息化施工成为地基处理技术的重要发展方向。在大厚度湿陷性黄土场地地基处理施工中，利用传感器、监测系统等先进技术，实现施工过程的智能化控制，能够显著提高施工质量和效率，降低施工风险。在强夯施工过程中，可以安装各种传感器，如加速度传感器、压力传感器等，实时监测夯锤的运动状态、夯击力等参数。通过物联网技术，将这些监测数据传输到数据处理中心，利用大数据分析和人工智能算法，对数据进行实时分析和处理。当监测到夯击参数异常时，系统能够及时发出警报，并自动调整施工参数，确保强夯施工的质量和安全。在某大厚度湿陷性黄土场地的强夯施工中，采用智能化施工系统，通过传感器实时监测夯锤的落距和夯击次数。当发现夯锤落距偏差超过设定范围时，系统自动调整起重机的提升高度，保证夯锤落距符合设计要求。这样不仅提高了强夯施工的精度，还减少了人工操作带来的误差。在桩基础施工中，智能化技术同样发挥着重要作用。智能打桩设备可以根据预设的施工参数，自动控制桩锤的打击力度和频率，实现打桩过程的自动化和智能化。利用监测系统，实时监测桩身的垂直度、入土深度等参数，确保桩基础的施工质量。在某大厚度湿陷性黄土场地的预制桩施工中，采用智能打桩设备，通过卫星定位系统和传感器，精确控制桩锤的打击位置和力度。同时，利用监测系统实时监测桩身的垂直度，当发现桩身垂直度偏差超过允许范围时，设备自动调整打桩参数，保证桩身垂直度符合要求。这种智能化施工方式，提高了桩基础的施工效率和质量，减少了施工过程中的安全隐患。信息化施工则通过建立施工管理信息平台，实现施工过程的信息化管理。在平台上，可以实时记录施工进度、材料使用情况、质量检测数据等信息，方便施工管理人员进行监控和管理。通过信息化管理，还可以实现施工资源的优化配置，提高施工效率，降低施工成本。在某大厚度湿陷性黄土场地地基处理工程中，建立了信息化施工管理平台，施工人员可以通过平台实时上传施工进度、质量检测数据等信息。管理人员可以在平台上随时查看工程进度，对施工过程进行监督和管理。当发现某个施工环节进度滞后时，管理人员可以及时调整施工计划，合理调配施工资源，确保工程按时完成。5.2.3绿色环保型地基处理技术随着环保意识的不断提高，开发环保材料和节能工艺成为地基处理技术的重要发展趋势。在大厚度湿陷性黄土场地地基处理中，采用绿色环保型地基处理技术，不仅可以减少对环境的影响，还能实现资源的合理利用，符合可持续发展的要求。在地基处理材料方面，可选用工业废料、建筑垃圾等作为填料。孔内深层强夯法（DDC）可以利用建筑垃圾、杂土、素土、石料、灰土、无毒工业废料及它们的混合物等为填料。这些废料的利用，不仅减少了对天然材料的开采，降低了工程造价，还解决了废料的处理问题，减少了环境污染。在某大厚度湿陷性黄土场地的地基处理中，采用DDC法，利用建筑垃圾作为填料，既节约了材料成本，又实现了废料的资源化利用。在施工工艺方面，注重节能和减少污染。例如，采用低噪声、低振动的施工设备，减少施工过程中的噪声和振动污染。在强夯施工中，可以采用新型的减振设备，降低强夯施工对周边环境的影响。优化施工流程，提高施工效率，减少能源消耗。在桩基础施工中，采用先进的成桩工艺，如长螺旋钻孔压灌桩工艺，相比传统的泥浆护壁钻孔灌注桩工艺，具有施工速度快、无泥浆污染、节能等优点。在某大厚度湿陷性黄土场地的桩基础施工中，采用长螺旋钻孔压灌桩工艺，不仅缩短了施工工期，还减少了泥浆对环境的污染。研发环保型的地基加固材料也是重要的发展方向。开发新型的化学加固剂，使其在加固地基的同时，对环境无污染。研究利用生物酶技术来改善地基土的性质，实现绿色环保的地基处理。在某大厚度湿陷性黄土场地的地基处理研究中，尝试利用生物酶来促进黄土颗粒间的胶结作用，提高地基土的强度和稳定性。这种生物酶加固技术，具有无污染、可持续等优点，为绿色环保型地基处理技术的发展提供了新的思路。六、结论与展望6.1研究成果总结本研究围绕大厚度湿陷性黄土场地条件下的地基处理展开，取得了以下主要成果：深入剖析了大厚度湿陷性黄土的特性。明确了湿陷性黄土的定义、分类及湿陷变形机理，其在一定压力下受水浸湿后，土颗粒间胶结物软化，结构迅速破坏，导致显著的附加下沉。详细分析了大厚度湿陷性黄土的物理性质，如天然密度一般在1.33-1.81g/cm³，孔隙比在0.78-1.50之间，含水量在7%-23%之间等；力学性质方面，压缩性遇水显著增大，抗剪强度随含水量增加而降低。同时，探究了影响湿陷性的因素，包括土质条件，如颗粒组成以粉土颗粒为主，矿物成分中粗颗粒主要是石英和长石，粘粒主要是伊利石，且含有较多水溶盐，以及外部条件，如压力、含水量和浸水时间等。系统研究