黄土湿陷试验（共11篇）
黄土湿陷试验 篇1
黄土是第四纪堆积的以粉土颗粒为主, 富含碳酸盐、具有大孔隙、黄色的土状沉积物, 黄土可分为三类, 第一类:老黄土, 它包括Q1午城黄土和Q2的离石黄土, 一般没有湿陷性, 土的承载力较高, 一般在400kPa以上。第二类:新黄土, 它包括Q3马兰黄土和Q41次生黄土状土, 广泛叠覆在老黄土之上, 通常均有湿陷性, 属一般湿陷性黄土, 土的承载力为150kPa~250kPa, 人们通常所指的湿陷性黄土大都指这类黄土, 厚度很少超过30m, 尤以马兰黄土分布更广, 构成湿陷性黄土的主体。第三类:新近堆积黄土, 它分布在局部地方, 是第四纪近期沉积, 厚仅数米, 土质松散, 压缩性高, 湿陷性不一, 土的承载力较低, 一般小于150kPa。
黄土的湿陷性是黄土特有的工程地质性质。湿陷性黄土是指浅层黄土, 多数孔隙比大, 含水率小, 一旦浸水后, 土粒之间的可溶性盐类被水溶解或软化, 使土粒间原有连接遭到破坏, 并发生显著的附加下沉, 其强度也随着迅速降低, 这种黄土称为湿陷性黄土。黄土的湿陷性试验是土工试验常规项目中的一项特殊试验, 也是黄土地区很重要的一项试验项目。因为其湿陷性大小直接影响到地基处理中的各项问题, 及以后建筑物是否能正常使用。因此, 在进行黄土湿陷试验的操作时, 总结以下一些注意事项。
1 开土
开土是展开实验项目的第一步, 也是其最重要的一步, 因其后每一步的实验操作都是在这个基础上进行的, 如果操作不严格, 则影响数据的准确性。
一般需要做黄土湿陷性试验的样品, 在野外取样时, 大都采用人工探井取样, 相对来说是保持原状性较好的样品, 进入开土操作时要注意轻拿轻放, 打开包装, 首先要观察土柱有无人为造成的裂隙, 如有, 而且裂隙过大, 不可强行采样, 以免严重影响试验结果。其次, 开土中要注意土的方向, 一定要垂直方向采取环刀, 因为垂直方向才能正确反映土的特性。切削过程中贴紧环刀壁向外削土, 要保证土柱直径始终大于环刀直径, 湿陷性黄土试验需要内径为79.8mm, 高度为20mm环刀。环刀面要刮平, 在刮平时从环刀壁外侧一圈, 向内侧削刮, 即从外向里一圈一圈削平。这样取的环刀面比较平整。采取环刀的过程中要取代表性试样留取测试含水率及液塑性试验, 开土过程中要观察土的颜色, 一般是黄色, 褐黄色。颗粒组成, 以粉粒为主, 含有少量粘土颗粒及大量碳酸盐, 还须注意土的密实程度、湿度、含有物等。
2 试验操作
2.1 物性指标测试
密度试验可采用环刀法进行两次平行测定, 两次测定的差值, 不得大于0.03g/cm3, 取两次测值的平均值。含水率试验, 可用烘干法, 采用电热烘箱, 控制温度为105℃~110℃, 取代表性土样15%~30%, 不可过多或过少, 含水率不超1%。液限、塑限试验, 可采用液塑限联合测定法, 也可采用滚搓法塑限试验, 这项试验中需注意, 当含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时, 应过0.5mm筛, 取土要均匀, 实际工作经验中发现, 如果备土不均, 对提供的液限、塑限有很大影响。土样要加蒸馏水浸润过夜。我国湿陷性黄土的几个物理性质指标大致如下:
密度一般为1.33g/m3~1.81g/m3, 多数为1.40g/m3~1.60g/m3。
天然含水率:一般为7%~23%, 多数为12%~20%。
孔隙比:一般为0.78~1.50, 多数为0.80~1.20。
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:一般为6.7~13.1, 多数为8~12。
2.2 力学性质指标测试
黄土湿陷性的室内测定方法, 一般为双浅法和单线法。
双线法:一个试样在天然湿度下分级加压, 需要确定施加的压力等级, 压力等级为50 kPa、100 kPa、150 kPa、200kPa, 大于200kPa后每级压力为100kPa, 最后一级压力应按取土深度而定, 从基础底面算起至10m深度以内, 压力为200kPa, 10m以下至非湿陷土层顶面, 应用其上覆土的饱和自重压力 (当大于300kPa时, 仍应用300kPa) , 当基底压力大于300kPa时 (或有特殊要求的建筑物) , 宜按实际压力确定, 确定好压力后, 试样装入固结仪。现在常用的固结仪有手工加压和气压仪两种。不管那种仪器, 在装样时要注意试样上下面要核对准确。装好以后, 检查仪器各部分是否接触良好, 调整好压力表的零点。开始施加第一级压力, 每隔1小时测定一次变形读数。第一级变形稳定后方可施加第二压力。以此类推, 一直到确定好的最后一级压力。然后向容器内加入蒸馏水, 水面要浸满容器盒, 然后继续读数, 一直到变形稳定为止。另一个试样在天然湿度下加第一级压力, 第一级压力稳定后浸水, 浸水稳定后。再施加下一级压力, 直到确定好的压力下变形稳定为止。其间要注意试验时间长要需补充容器内的水, 使其保证浸满容器盒。注意, 装样中容器内上下透水石湿度要接近样品的天然含水率, 试验环境不得有较大振动, 减低人为因素造成的变形加大。
单线法, 对5个试样均在天然湿度下分级加压, 分别加至不同的规定压力, 各级压力稳定后浸水, 直至试样变形稳定为止, 一般单线法的压力等级为50kPa, 100kPa, 150kPa, 200kPa, 400kPa, 间隔为50kPa, 两种试验方法的稳定标准均为每小时变形不大于0.01mm。
3数据处理
在实验室有相应的数据处理软件, 需要把实验数据输入, 便可进行处理。
压缩系数:
av-压缩系数 (Mpa-1) ;
pi-某级压力值 (Mpa) ;
ei-各级压力下试样固结稳定后的孔隙比。
压缩模量:
ES-某压力范围内的压缩模量 (MPa) ;
ev-试样的初始孔隙比。
湿陷系数:
δS-湿陷系数;
h1-某级压力下, 试样变形稳定后的高度 (mm) ;
h2-在某级压力下, 试样浸水湿陷变形稳定后的高度 (mm) 。
当δS<0.015时, 定为非湿陷性黄土, 当δS≥0.015时, 定为湿陷性黄土。
黄土受水浸湿后, 在上部土层的饱和自重压力作用下而发生的湿陷, 称为自重湿陷, 否则称非自重湿陷, 自重湿陷系数由下列式计算:
δzs-自重湿陷系数;
h0-试样初始高度;
hz-在饱和自重压力下, 试样变形稳定后的高度 (mm) ;
hz1-在饱和自重压力下, 试样浸水湿陷变形稳定后的高度 (mm) 。
湿陷起始压力:
在不同压力作用下, 土的湿陷系数是不一样的。当压力较小时, 湿陷量很小, 随着压力的增大, 湿陷量逐渐增加, 但其量小且变形缓慢。当压力超过某值时, 湿陷量急剧增大, 结构的破坏从少量缓慢而变为大量而迅速。这个开始出现明显湿陷的压力, 称为湿陷起始压力。以压力为横坐标、湿陷系数为纵坐标, 绘制压力与湿陷系数关系曲线如图:
4 结论
黄土湿陷性试验所提供的数据直接影响到工程项目的设计, 施工和使用。所以, 我们对黄土湿陷性试验进行操作时需严格执行规范要求, 保证其数据的准确性, 更好的为工程建设服务。
摘要：黄土的湿陷性试验是土工试验常规项目中的一项特殊试验, 也是黄土地区很重要的一项试验项目。黄土的湿陷性大小直接影响到地基处理中的各项问题, 及以后建筑物是否能正常使用。在进行黄土湿陷试验的操作时, 开土要操作严格, 试验操作时要注意物性指标测试及力学性质指标测试。对黄土湿陷性试验进行操作时需严格执行规范要求, 保证其数据的准确性。
关键词：湿陷性黄土,开土,试验
参考文献
[1]《土工试验方法标准》GB/T50123-1999.
[2]《公路土工试验规程》释义手册JT6040-2007.
黄土湿陷试验 篇2
实
习
总
结
城市与环境学院 10级土木工程1班 任永强 0802100107 湿陷性黄土地基处理
一、黄土的分布及特征
黄土分布广泛，在欧洲、北美、中亚等地均有分布面积达1300万km2，占地球面积2.5%以上。我国是黄土分布面积最大的国家，总面积约64万km2。西北、华北、山东、内蒙古及东北等地均有分布。黄河中游的陕、甘、宁及山西、河南等省黄土面积广、厚度大，属黄土高原。
黄土是以粉粒为主，含碳酸盐，具有大孔隙，质地均一，无明显层理而有显著垂直节理的黄色陆相沉积物。
典型黄土具备以下特征: 1颜色为淡黄、褐黄和灰黄色。○2以粉土颗粒（0.075～0.005 mm）为主，约占60%～70%。○3含各种可溶盐，主要富含碳酸钙，含量达10%～30%，对黄土颗粒有一定○的胶结作用，常以钙质结核的形式存在，又称姜石。
4结构疏松，孔隙多且大，孔隙度达33%～64%，有肉眼可见的大孔隙、虫○孔、植物根孔等。
5无层理，居柱状节理和垂直节理，天然条件下稳定边坡近直立。○6具有湿陷性。○
二、黄土的成因及分类
黄土按成因分为原生黄土和次生黄土，一般认为不具层理的风成黄土为原生黄土。原生黄土经过流水冲刷、搬运和重新沉积而形成的为次生黄土，具有层理，并含有较多的砂砾和细砾。
黄土一般分为湿陷性黄土、非湿陷性黄土。在一定压力下受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土称之为湿陷性黄土；在一定压力下受水浸湿，无显著附加下沉的黄土称之为非湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土、非自重湿陷性黄土。由于各地区黄土形成时的自然条件差异较大，因此其湿陷性也有较大差别，有些湿陷性黄土受水浸湿后的土的自重压力下就产生湿陷，而另一些黄土受水浸湿后只有在土的自重压力和附加压力共同作用下产生湿陷，前者称为自重湿陷性黄土，后者称为非自重湿陷性黄土。一般将黄土开始湿陷时的相应压力称为湿陷起始压力，可看作黄土受水浸湿后的结构强度。当湿陷性黄土实际所受压力等于或大于土的湿陷起始压力时，土就开始产生湿陷。反之，如果小于这一压力，则黄土只产生压缩变形，而不发生湿陷变形。
三、湿陷性黄土的工程性质
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。
1、湿陷性黄土的颗粒组成
我国湿陷性黄土的颗粒主要为粉土颗粒，占总重量约60%～70%，而粉土颗粒中又以0.005mm～O.01mm的粗粉土颗粒为多，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0．01m的细砂颗粒占总重在5%以内，基本上无大于0.25mm的中砂颗粒。我国湿润陷性黄土的颗粒从西北向东南有逐渐变细的规律。
黄土是干旱或半干旱气候条件下的沉积物，在生成初期，土中水分不断蒸发，土孔隙中的毛细作用，使水分逐渐集聚到较粗颗粒的接触点处。同时，细粉粒、粘粒和一些水溶盐类也不同程度的集聚到粗颗粒的接触点形成胶结。粗粉粒和砂粒在黄土结构中起骨架作用，由于在湿陷性黄土中砂粒含量很少，而且大部分砂粒不能直接接触，能直接接触的大多为粗粉粒。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，作为黄土骨架的砂粒和粗粉粒，在天然状态下，由于上述胶结物的凝聚结晶作用被牢固的粘结着，故使湿陷性黄土具有较高的强度，而遇水时，水对各种胶结物的软化作用，土的强度突然下降便产生湿陷。
2、湿陷性黄土的湿度和密度
湿陷性黄土之所以在一定压力下受水时产生显著附加下沉，除上述在遇水时颗粒接触点处胶结物的软化作用外，还在于土的欠压密状态，干旱气候条件下，无论是风积或是坡积和洪积的黄土层，其蒸发影响深度大于大气降水的影响深度，在其形成过程中，充分的压力和适宜的湿度往往不能同时具备，导致土层的压密欠佳。接近地表2--3米的土层，受大气降水的影响，一般具有适宜压密的湿度，但此时上覆土重很小，土层得不到充分的压密，便形成了低湿度、高孔隙率的湿陷性黄土。湿陷性黄土在天然状态下保持低湿和高孔隙率是其产生湿陷的充分条件。
3、湿陷性黄土的压缩性
压缩性反映地基土在外荷载作用下产生压缩变形的大小。对湿陷性黄土地基而言，压缩变形是指地基土在天然含水量条件下受外荷载作用时所产生的变形，它不包括地基土受水浸湿后的湿陷变形。
一般在中更新世末期和晚更新世早期形成的湿陷性黄土多为中等偏低，少量为低压缩性土；晚更新世末期和全新世黄土多为中等偏高，有的甚至为高压缩性土，新近堆积黄土的压缩性多数较高。
4、黄土的抗剪强度
黄土的抗剪强度主要取决于土的含水量和密实程度。当含水量越低，密实程度越高，则抗剪强度越大。当黄土的天然含水量低于塑限时，水分变化对强度影响最大，随含水量的增加，土的内摩擦角和黏聚力都降低较多，但当天然含水量大于塑限时，含水量对抗剪强度的影响减小，而超过饱和含水量时，抗剪强度变化不大。当土的含水量相同，则密实程度越大，即土的干重度越大，抗剪强度越大。在浸水过程中，黄土湿陷处于发展状态，此时，土的抗剪强度降低最多，但当黄土的湿陷压密过程已基本结束，此时土的含水量虽然很高，但抗剪强度却高于湿陷过程。因此，湿陷性黄土处于地下水位变动带时，其抗剪强度最低，而处于地下水位以下的黄土，抗剪强度反而高些。
四、湿陷性黄土地基的处理原则
《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB 50025-2004）对湿陷性黄土地区建筑物的设计和施工按建筑物的类别及场地的湿陷类型、等级相应提出了不同的措施要求。其中设计措施分为地基处理措施、防水措施和结构措施。各类建筑物的设计应根据建筑物的分类和场地土的湿陷类型、湿陷等级采取以地基处理为主的综合措施。地基处理措施主要用于改善土的物理学性质,减少或消除地基的湿陷变形；防水措施和结构措施一般用于地基不处理或用于消除地基部分湿陷量的建筑，以弥补地基处理的不足。
对地基受水浸湿可能性大或对不均匀沉降有一定限制的一般工业与民用建筑物，即乙类建筑物，设计措施的原则是当地基发生湿陷时,能保证主体结构安全,次要部位易于修复。在Ⅱ级,Ⅲ级自重湿陷性黄土地基上的乙类建筑及丙类建筑物，若以地基处理为主时,其处理厚度应控制剩余湿陷量分别小于20 cm和30 cm ,并且应采取适当的防水措施和结构措施；如以防水措施为主时,仍不能忽视地基处理的重要性,尽量减少地基的剩余湿陷量,以保护防水措施免遭破坏。
五、湿陷性黄土地基处理的方法
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。
湿陷性黄土地基的处理方法依据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）推荐有换填垫层法、重锤表面夯实法、强夯法、预浸水法、挤密法、桩基础法等。
1、换填垫层法
换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理，应根据建筑体型、结构特点、荷载性质、岩土工程条件、施工机械设备及填料性质和来源等进行综合分析，进行换填垫层的设计和选择施工方法。该法是将基础底面以下一定深度范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的填料分层填充，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，成为良好的人工地基。
垫层可以选用的填料有砂石（包括碎石、卵石、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑，应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质）、粉质粘土（用于湿陷性黄土的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块）、灰土（土料宜用粉质粘土，石灰用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5㎜，体积配合比宜为2：8或3：7）、粉煤灰、矿渣（指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣）、其他工业废渣（要求质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和放射性危害）、土工合成材料等。
经该方法处理过的人工地基或垫层，可以把上部荷载扩散到下面的下卧层，以满足上部建筑所需的地基承载力和减少沉降量的要求。当垫层下面有较软土层时，也可以加速软弱土层的排水固结和强度的提高。此法用于湿陷性黄土地基可以消除地基的湿陷性。
2、重锤表面夯实法
重锤表层夯实是在基坑内的基础底面标高以下待夯实的天然土层上进行的。它与换填土垫层法相比,可少挖土方工程量,而且不需要回填，其夯实土层与土垫层的作用基本相同。
重锤表层夯实加固原理是将18～30KN的重锤提高到4～5m后自由落下，并如此重复夯打，使土的密度增大，土的物理力学性质改善，以减少或消除地基的变形。
在重锤夯实区域附近有建筑物以及正在进行砌筑工程或浇筑混凝土时，应注意防止建筑物、砌体和混凝土因受振动而产生裂缝，应采取适当的措施。
3、强夯法
强夯法的加固原理是利用夯锤自由落下产生的冲击波使地基密实。这种冲击引起的振动在土中以波的形式向地下传播。这种振动波可分为体波和面波两大类。
强夯理论认为：压缩波大部分通过液相运动，使孔隙水压力增大，同时使土粒错位，土体骨架解散，而随后的剪切波使土颗粒处于更加密实的状态。
现在一般的看法是，地基经强夯后，其强度提高过程可分为：夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密；土体液化或土体结构破坏；排水固结压密；触变恢复并伴随固结压密。
4、预浸水法
采用预浸水法处理地基，应符合下列规定：
(1)浸水坑边缘至既有建筑物的距离不宜小于50m，并应防止由于浸水影响附近建筑物和场地边坡的稳定性。
(2)浸水坑的边长不得小于湿陷性黄土土层的厚度，当浸水坑的面积较大时，可分段进行浸水。
(3)浸水坑内的水头高度不宜小于300mm，连续浸水时间以湿陷变形稳定为准，其稳定标准为最后5d的平均湿陷量小于1mm/d。
(4)预浸水法宜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500mm的场地。浸水前宜通过现场试坑浸水试验确定浸水时间、耗水量和湿陷量等。
5、挤密法
灰土挤密桩或土挤密桩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，然后将备好的灰土或素土（粘性土）分层填入到桩孔内，并分层捣实至设计标高。用灰土分层夯实的桩体，称为灰土挤密桩；用素土分层夯实的桩体，称为土挤密桩。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。夯实水泥土桩也属于挤密桩
灰土挤密桩和土挤密桩，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。
6、桩基础法 可使用各种类型的桩穿透湿陷性土层，把上部结构的荷载通过桩尖(或扩大头)传到非湿陷性土层上。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。湿陷性黄土浸水后桩身与土之间的摩擦力大大降低,在自重湿陷性黄土中还会产生负摩擦力。爆扩桩一般适用于穿透不大于8 m 的湿陷性黄土层。对非自重湿陷性黄土地基，其扩大头应支撑在压缩性较低的非湿陷性土层上，对自重湿陷性黄土地基则应支撑在密实的非湿陷性土层上。机械或人工成孔的灌注桩和预制桩可用于穿透厚度较大的湿陷性黄土层。扩底灌注桩的支撑条件应与爆扩桩的要求相同。不扩底的灌注桩和预制桩应支撑密实的非湿陷性土层或岩层上。
六、建议
解析公路工程中黄土湿陷性问题 篇3
关键词：湿陷性黄土；湿陷原理；地基处置
一、我国黄土的分布和概述
黄土作为一种常见的工程基础，在世界各地分布很广，面积13000000平方公里，占大约9.3%的地球陆地面积。中国的黄土主要分布在北纬47度330度之间，特别是在34度—45度之间最为发达。总面积约635000平方公里。占据世界的黄土分布约4.9%。黄土的堆积厚度成为世界上最大的地方，它的厚度和中心在漯河流域和泾河区域的中下游地区，最大厚度180 — 200米。由此想东西两侧逐渐减少。分布的南端开始于甘肃南部陕西岷山，秦岭，河南熊耳山，伏牛山，北到陕西省白玉山，河北燕山边界和祁连西部山区，东到太行山。湿陷性黄土占据中国黄土面积的60%左右，主要分布在黄河中、下游，最大厚度达30米，从东到西，从南到北其湿陷性逐渐增加的趋势。湿陷性黄土自身的重量或自重作用下的附加压力下，受水侵湿，土壤结构迅速破坏，将产生显着的水槽。其特征，可以使地基沉降幅度大增，从而使结构倾斜，开裂，甚至损坏，严重影响使用和安全。因此，正确确定地基土湿陷类别，采取有效的加固措施，这是十分重要的。
二、湿陷性黄土的湿陷原理
湿陷性黄土根据湿原理可分为高可溶性盐湿陷性黄土和高孔隙率湿陷性黄土两种，因为这些类型的湿陷性黄土湿陷原理不同，所以首先要对湿陷性黄土地基土要有正确的鉴定，并采取必要措施防止湿陷性地基。湿陷性黄土除了有一般特征的黄土的粒度成分，主要是以泥沙颗粒为主，其中约50%以上，可见这个空隙度，因此它为疏松多孔结构，孔隙比非常大，自然剖面具有垂直节理，包括可溶性盐（碳酸钙，硫酸盐类等）。垂直和大孔性，导致其更宽松的这种结构，在与水接触时很容易减少或消除土壤颗粒凝聚力，这是它发生湿陷的内部因素，而应力和水是外部条件。关于黄土湿陷性地基湿陷等级识别和判别，可以在室内以压缩试验为主，并在此基础上评价湿陷性定量指标。为了正确反映湿陷性黄土地基湿陷的程度和联系结构物和基础的实际情况，合理利用有效的防护措施，可以使用地基土的湿陷系数，计算地基的湿陷体积。此外，我国建筑规范还提供了在地下面的土壤含有自重湿陷性黄土时，可以按照规范的标准方法来确定湿陷体积。在黄土地区公路建设中，我们首先应该考虑建造在不是湿陷性黄土地基上，这样会经济可靠，如确定结构位于湿陷性黄土，应该尝试使用非自重湿陷性黄土地基，因为这种基础的处理和自重湿陷性黄土地基比较低，要求相对较低。
三、公路工程中路基路堤高度和地基湿陷性问题
由于湿陷性黄土在土壤的垂直压力下。对公路工程中的天然黄土地基来说，它主要取决于路堤的填土高度。如果设计路堤荷载小于初始湿陷性黄土地基的湿陷性压力或大于终止湿陷性压力。虽然为湿陷性黄土地基，但在设计可以不考虑黄土湿陷性的影响。湿陷性黄土土压力的另一个重要的概念是区分自重湿陷性黄土和非自重性湿陷性黄土。所谓的自重湿陷性黄土是指土壤一定深度内，如果土壤在覆土的饱和自重产生的压力超过界限值。或湿陷系数大于一定值时，然后定义为湿陷性黄土，反之可以被定义为非自重湿陷性黄土或附加应力湿陷性黄土。土压力与黄土的湿陷性的概念虽然很容易理解，但是如果联系实际工程问题的分析并不总是能做得很好。
四、公路工程中路基工程的特点和黄土规范标准问题
审批通过的中国建设部标准中《湿陷性黄土地区建筑规范》，在黄土湿陷性的判断和场地湿陷等级评价中规定：当湿陷系数大于0.015时，规定该图层为湿陷性黄土。当自重湿陷性系数大于0.015是，定义为该土层为自重湿陷性黄土。在实际的建筑场地中，定义计算或实测自重湿陷量大于7是为自重湿陷性黄土。之后可以按总湿陷量小于30厘米，大于60厘米的界限值和自重湿陷系数小于7大于35厘米的规范标准相配合。然后对黄土地基进行了湿陷等级的划分。这些规定对黄土地基工程几十年的研究和经验总结的结果，但有明显的工民建行业的特色。公路行业在工业与民用建筑的性质和结构不同，不能盲目的采用。
首先，湿陷是黄土地基沉降变形的概念，然而各种土木工程基础建设允许的沉降有不同的要求。适用于工业与民用建筑沉降标准适用于公路工程仍有待研究中。主要原因是：许可的基础沉降值与基础的垂直压力，基础刚度，面积，埋深，上部结构，地基变形的其他因素，如各构件的协调能力有关。公路工程与民用工程最大的区别是，如果路基作为附加的负载和基础的话，那么它属于一类柔性基础，其设计埋深无过高要求，特别是其基地面积相对较大的工程。基地面积大，在相同基础压力的影响作用下，影响深度大的附加应力，地基的总沉降是非常大的。具有柔性基础的公路基础和路基，地基变形的适应性比土建施工的刚性基础要强的多。因此，路基湿陷等级评价标准应有专门的技术和经济方面的研究。随着高速公路建设的发展，为加强道对路疾病引起的黄土地基的湿陷性的原因和湿陷性黄土机制的进一步了解，有必要制定一个适合公路的黄土建筑规范。
五、公路工程中黄土湿陷性黄土边坡支护与黄土浸水问题
黄土在浸水之后其强度会降低。在黄土的初始含水量的增加的情况下黄土的极限抗剪强度程直线下降的趋势。黄土这种因为浸水而强度降低的会对公路的边坡工程是十分的有害的。但是这种浸水之后湿陷性变形对公路边坡支护工程的危害程度却没有详细的研究。在实际的岩石类或者是硬质土类的高、陡边坡类工程中，常采用砌石支护或者是锚杆支护或土钉支护，并且在工程中已经取得了良好的效果。研究表明，对于新黄土的Q4、Q3，这种黄土具有湿陷性，浸水后体积收缩。而有护坡的刚性砌石没有相对的变形。这样就会在两者之间形成空隙，最终脱开黄土。如果这种缝隙里面灌满水就会引起砌石护坡的破坏现象。因此在锚杆和土钉的护坡工程中，对于这种湿陷性黄土则应注意湿陷性土体的变形后对锚杆和土钉范围内的土体的应力松弛问题。
结语：
黄土的湿陷问题在公路工程中是经常遇到的问题，在实际的工程中要根据具体的情况采取不同的措施来对待这些黄土湿陷性问题。在工程中要明确工程的设计意图和目的。认真的对地质情况进行严格的勘察，做好相应的土工试验，对于地质变化较大的地方要采取加大试验次数的方案。对公路工程中出现的新问题要及时加强与监理中的沟通，共同做好解决方案和措施。
参考文献：
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湿陷性黄土填料碾压试验研究 篇4
关键词：湿陷性黄土,填料,碾压
0 引言
湿陷性黄土是一种特殊的第四纪大陆松散堆积物，主要分布于中亚到我国的西北、华北一带，其特征主要有[1]:(1)颜色呈淡黄色、褐黄色;(2)天然状态下，有肉眼可见到的大孔隙，孔隙比一般大于1，并常有因生物作用形成的管状孔隙，垂直节理发育;(3)以粉粒为主，富含碳酸钙，透水性强;(4)干燥状态下具有较高的强度和具有较低的压缩性，浸水后土体结构破坏，会发生显著的沉降变形(湿陷性)。
随着经济建设的高速发展，越来越多的工程建设选择在地理环境较差的山区地带。我国的西北黄土高原为典型的侵蚀剥蚀黄土梁峁地貌，地形起伏、沟谷深切，开展工程建设必然存在着深挖高填的问题，而填料大部分为当地的湿陷性黄土。因此，湿陷性黄土作为填料，对其开展击实特性、含水率控制、碾压特性、填筑体效果评价等试验研究很有必要，从而为大面积施工提供技术支持[2]。
1 工程概况
场地处于西北黄土高原,属大陆性半干旱季风气候区,区域地质稳定。区内冲沟发育,山体被冲沟切割成形状复杂的侵蚀剥蚀黄土梁峁地貌。山梁上覆盖有深厚的湿陷性黄土,沟谷底部多基岩出露。由于工程建设的需要,场地内需要进行“挖山填沟”的高填方工程,填方最大高度近30m。填料主要为梁上的湿陷性黄土(Qeol3),具有自重湿陷性,湿陷性中等—强烈。由于沟谷地形条件的制约,设计采用碾压法进行填方施工,填方压实度要求大于95%[3]。
2 填料试验
为了施工控制和了解湿陷性黄土填料的性状，提供检测验收指标，施工前取样分别进行了填料的击实试验和含水率试验。
2.1 填料击实试验
在挖方区随机采取多组样品，进行了重型击实试验，击实成果如表1所示。
挖方区土层的最大干密度在一定范围内波动，为了能够更好地提供施工控制指标，建议在大面积施工过程中，当土的性状发生变化时应开展重型击实试验，确定压实标准。
2.2 填料含水率试验
在取土区表部，取有代表性的土样15个进行含水率试验，试验成果见表2。
此外，利用小型人工洛阳铲在一定深度范围内取样进行含水率试验，试验成果见表3。
根据上述含水率试验及击实试验成果，结合现场施工实际状况综合分析如下:
(1)由于现场的填料主要为粉土，要经过机械开挖、运输、摊铺等工序，而延安地区属大陆性半干旱区，气候非常干燥，填料极易失去水份，结合填料最优含水量范围，对于填料的含水率建议控制在12%～14%;
(2)取土区的含水率在空间上分布很不均匀，部分地段土体含水量较低，在施工过程中应采取技术控制措施，预先开展对取土区的增湿作业。此外，在大面积施工前应做好供水措施，保证施工用水正常;
(3)填料的含水率是压实质量的关键因素之一，建议相关单位在施工过程中建立预控制度，确保在填筑压实过程中填料含水率在合适的范围。同时对于摊铺好的填料要及时进行压实处理，避免放置时间过长，造成填料含水率变化而影响压实效果。
3 碾压试验
3.1 试验参数与工序
本试验所选择的施工参数以能达到施工质量好、工期快、投资少为目的。碾压采用激振力为50T的碾压机具，碾压走行速度控制在2.0km/h以内。碾压试验参数见表4[4]。
碾压试验施工工序:场地清理→布设方格网测量场地标高→开始碾压→检测碾压沉降量及压实度→碾压结束→平整场地→复测场地标高→施工验收→进入下一道工序。
3.2 碾压沉降量观测
按照试验参数和施工工序开展填料碾压试验，进行标高复测，所得的沉降观测数据列于表5中，并绘制了碾压遍数与沉降量的关系曲线，见图1。
由表5及图1可以看出，振碾8遍后，碾压沉降开始收敛，沉降关系曲线趋于平缓。虚铺厚度为30cm、40cm、50cm时振碾8遍后的总沉降分别为5.90cm、8.20cm、6.90cm。
3.3 压实度检测
按照试验参数和施工工序开展试验，进行了压实度检测，所得的检测数据列于表6。
检测结果表明:(1)对于虚铺30cm厚的黄土，50T激振力8遍振碾填筑体后，压实度可超95%。但在试验中发现，填筑体表层5～10cm被严重振散，且不利于正常施工和土体的密实，以上压实度为除去表层松散层后测得，此方法不适用于填筑体处理;(2)对于虚铺40cm厚的黄土，用50T激振力振碾填筑体，振碾4遍压实度可达92%，8遍压实度可达95%，填筑体处理效果良好;(3)对于虚铺50cm厚的黄土，50T激振力8遍振碾填筑体后，上层压实度可达95%，下层压实度可超过90%。
综合分析，对于大面积开展碾压施工，其施工参数为:虚铺40cm厚黄土，50T激振力振碾8遍，行驶速度小于2.0km/h。
4 填筑体效果评价
按照设计要求，采用上述施工参数，以95%的压实度标准，开展填筑施工。填筑至一定高度后，对填筑体处理效果进行综合评价。
4.1 力学及湿陷性指标
在填筑体(压实度达95%)面层挖探井2点，取土样分别进行土体天然状态下主要的力学性质指标及湿陷性试验。试验统计结果如表7所示。
由上述统计数据可知，湿陷性黄土填料经相应碾压参数施工后，湿陷性已完全消除。所得压缩、剪切等指标，可为沉降和边坡稳定性计算提供参数依据[5,6]。
4.2 K30检测
填筑体施工完成一定高度后，在填筑体上随机选取了10个点进行K30检测。试验结果见表8。取代表性的一点绘制了K30试验曲线，见图2[7]。
4.3 载荷试验
填筑体施工完成后(压实度达95%)，在填筑体上随机选取了6个点进行平板载荷试验。载荷试验所用承载板为0.5m2的圆形承载板(承载板直径800mm)，采用相对稳定法进行试验。试验结果见表9，取代表性的一点绘制了p-s试验曲线，见图3[6,8]。
4.4 浸水载荷试验
填筑体施工完成后(压实度达95%)，在填筑体上分别进行了6个点的浸水载荷试验。载荷试验所用承载板为0.5m2的圆形承载板(承载板直径800mm)，试验采用稳定法进行，0～200kPa每级加载40kPa，至200kPa稳定后浸水，观测200kPa应力下土体浸水湿陷沉降直至沉降稳定。试验结果见表10，取代表性的一点绘制了p-s曲线，见图4[6,8]。
5 结论
(1)填料最大干密度在一定范围内波动，为了更好地提供施工控制指标，在施工过程中应及时开展重型击实试验，确定压实标准。
(2)由于填料的岩性、施工工序、气候条件等，对于填料的含水率建议控制在12%～14%;挖方区的含水率在空间上分布不均匀，在施工过程中应预先开展对含水量较低的取土区进行增湿作业。
(3)通过碾压试验的沉降量观测和压实度检测，确定碾压施工参数为:虚铺40cm厚黄土，50T激振力振碾8遍，行驶速度小于2.0km/h。
(4)根据力学性质指标及湿陷性试验，湿陷性黄土填料经相应碾压参数施工后湿陷性已完全消除;压缩、剪切等指标，可为沉降和边坡稳定性计算提供参数依据。
(5)K30试验检测，地基反力系数为119～148MPa/m，对于压实度达95%的设计要求而言，处理效果良好。
(6)通过载荷试验分析，建议承载力特征值为160 kPa，变形模量15.6 MPa。
(7)浸水载荷试验分析，附加湿陷沉降量在2.72～4.01mm，均小于湿陷性判定标准值18.4mm(0.023倍的载荷板直径)，说明土体湿陷性已消除。
参考文献
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浅谈湿陷性黄土公路路基处理 篇5
【关键词】湿陷性黄土；路基处理 垫层法；冲积碾压法；强夯法；挤密法 お
On the collapsible loess highway roadbed treatment
Liu Ya—ping
（Yuanzhou District Highway Management segmentGuyuanNingxia756000）
【Abstract】According to the nature of the works of collapsible loess in engineering practice appropriate to take the cushion method， the impact rolling method， ground treatment approach of dynamic compaction method and compaction method roadbed.
【Key words】The collapsible loess；Roadbed treatment Cushioning；Alluvial RCC；Dynamic compaction method；Compaction methodお
1. 湿陷性黄土的性质
湿陷性黄土泛指饱和的结构不稳定的黄色土，在自重压力与附加压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著附加下沉的现象。
2. 湿陷性黄土路基的处理
宁夏固原市地处陇东陕北湿陷性黄土地区。地基土除表层30～50cm的耕土外，其下均系第四纪黄土类地层。由黄土状轻亚粘土、黄土状亚粘土、黄土状粘土组成。黄土类土层中，具有大孔性，含明显白色钙盐结晶，居中等至高压缩性，具有强烈的中等湿陷性。在湿陷性黄土地区进行公路建设，应根据湿陷性黄土的特点和工程要求，因地制宜，采取以地基处理为主的综合措施，防止路基湿陷，保证公路的安全与正常使用，做到技术先进，经济合理。
2.1垫层法。
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，效果显著，是一种常用的地基浅层处理或部分湿陷性处理方法，同时，还要考虑以下几方面的问题：
（1）局部土垫层的处理宽度超出基础底边的宽度较小，地基处理后，地面水及管道漏水仍可能从垫层侧向渗入下部未处理的湿陷性土层而引起湿陷，因此，设置局部垫层不考虑起防水、隔水作用，地基受水浸湿可能性大及有防渗要求的建筑物，不得采用局部土垫层处理地基。
（2）整片垫层的平面处理范围每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度，不应小于垫层的厚度，即并不应小于2m。
（3）在地下水位不可能上升的自重湿陷性黄土场地，当未消除地基的全部湿陷量时，对地基受水浸湿可能性大或有严格防水要求的建筑物，采用整片土垫层处理地基较为适宜。但地下水位有可能上升的自重湿陷性黄土场地，应考虑水位上升后，对下部未处理的湿陷性土层引起湿陷的可能性。
2.2冲击碾压法。
（1）冲击碾压是压实技术的新发展，冲击压路机由牵引车带动非园形轮滚动，多边形滚轮产生的势能与行驶的动能相结合，沿地面进行静压、搓揉、冲击的连续冲击碾压作业，形成高振幅、低频率的冲击压实作用。高能量冲击力周期性连续冲击地面，产生强烈的冲击波，向下具有地震波的传播特性，产生的冲击碾压功能，可使地下土层的密实度增大，达到压实的目的。
（2）冲击压路机对于土基表面进行冲击作用，冲击滚轮运转一周共有三次压实、三次冲击作用，一周内对任一点冲击次数的概率为1/6，采用冲击压路机碾压6遍为一作业循环。碾压时冲击压路机从坡脚外1m处向中心逐步推进碾压，轮迹横向重迭1/2，纵向错1/6轮周长，碾压时保证冲击压路机时速10～12Km/h，以保证冲击力，保证每一点均能够被冲击到。
（3）每冲击12遍，需分层检测（20cm、50cm、80cm、120cm）压实度、含水量、最大干密度、孔隙比、湿陷系数、自重湿陷系数等指标。冲击碾压完成后，检测总的沉降量、湿陷系数、压实度等数据，判断是否已经达到设计要求。
（4）该方法施工方便，造价低，已在公路工程建设中得到了广泛应用 ，并取得良好的效果。
2.3强夯法。
（1）强夯法的原理，是利用起吊设备将一定质量的夯锤提升到额定高度，夯锤自由落下对地基土产生夯击作用，使起夯面下一定深度内的土层达到密实状态，以消除湿陷性、降低压缩性、提高地基承载力。
夯击时最好锤重和落距大，则单击能量大，夯击击数少，夯击遍数也相应减少，加固效果和技术经济好。目前国内夯锤重可取10～40t，落距为10～20m。对相同的夯击能量，增大落距可获得较大的接地速度，得到更好的加固效果，但是落距加大，吊机的稳定性就差，加大锤重比加大落距容易解决。
（2）夯击遍数根据地基土的性质确定，土体压缩层越厚，土质颗粒越细，同时含水量较高，需要的夯击遍数越多。对于细粒土地层，一般分3遍进行。第1、2遍为点夯，夯点布置成正方形。夯点间距一般根据压缩层厚度和土质条件确定，夯点间距为6m，为了使深层土得以加固，第一遍夯击点的间距要大，这样才能使夯击能量传递到深处。第二遍夯点往往布置在上一遍夯点的中间。第三遍为满夯，是以较低的夯击能进行夯击，彼此重叠搭接，以确保获得土层的均匀性和较高的密实度。
（3）两遍夯击之间，应有一定的时间间隔，以利于土中超静水压力的消散，一般间歇时间为1～3周，在大面积强夯施工前，应先选择代表性路段（夯区）进行试夯，以确定合理的强夯参数和施工工艺。试夯区的夯点布置不宜小于5×5个夯点，试夯区宽度不小于2倍的预期加固深度，且长度不小于60m，宽度以路基基底处理宽度为宜。
湿陷性黄土地区地基处理试验分析 篇6
随着西部开发和能源基地的建设, 中西部地区大中型工程逐渐增多, 大中型工程的建设需要具有较高的承载力和较小变形的地基, 然而中西部地区大多土地为湿陷性黄土, 黄土在浸水的情况下, 极易发生大幅度的下沉或不均匀沉降的现象, 从而造成建筑物地基变形, 给工程带来巨大的损失[1]。另外, 地基处理费用所占比例比较大, 地基处理的工期较长, 对地基处理方案进行优化改进, 能够有效的促进工程质量的提高, 减少工程资金的投资。因此, 对湿陷性黄土地区的地基进行处理具有重要意义。
1 湿陷性黄土的概念和特性
1.1 湿陷性黄土的概念
其一, 湿陷性变形。湿陷性黄土在上覆土层自重力的作用下或者在自重应力和附加应力的作用下, 由于浸水后黄土的结构破坏进而发生的显著性附加变形的黄土, 即称之为湿陷性黄土。湿陷性黄土通过其特定生成的环境、发生原因、地理地貌、气候条件、特殊结构状况等影响, 使得在压力和水的作用下发生湿陷性的现象, 从而产生湿陷性变形。由于受力条件不同, 湿陷性变形可以分为自重湿陷性变形和外力影响湿陷性行变性。
其二, 湿陷性类型。湿陷性黄土类型分为自重湿陷性和非自重湿陷性。自重湿陷性主要是由于湿陷性黄土地基被水浸湿后, 没有受到外部的附加应力影响, 仅在地基土的自重压力作用下发生湿陷。非自重性湿陷是指湿陷性黄土地基或场地没有外部附加荷载的作用下不发生湿陷, 湿陷性的发生需要有一定的附加荷载作用, 并在浸水的作用下发生湿陷[2]。
1.2 湿陷性黄土的特性
其一, 结构性。湿陷性黄土是一种结构性黄土, 其在形成初期, 通过季节性少量的雨水和干旱性天气使得黄土形成以粗粉粒为主的多孔隙结构。其二, 欠压实性。湿陷性黄土由于其特殊的地质条件, 使得在沉积的过程中, 进程比较缓慢, 上覆压力增长速率快于颗粒间固化速率, 从而使得黄土的颗粒保持着比较疏松的高孔隙结构, 处于欠压密状态, 欠压密状态是黄土产生湿陷性的重要条件。
2 湿陷性黄土地区地基处理方法
在我国西北地区时常会遇到黄土地基处理问题, 处理方面包括对低湿度湿陷性黄土消除或减少湿陷变形的危害, 还需要提高地基的承载力, 减少有害压缩变形问题。目前国内外常见的黄土处理方案主要有垫层法、夯实法、挤密法、预浸水法、桩基础法、化学加固法等[3]。
其一, 垫层法。垫层法是将地基下的湿陷性黄土进行挖除, 用素土或灰土分层做成垫层, 达到消除地基部分或全部的湿陷量, 以便减少地基变形, 从而提高地基的承载力。垫层法分为局部垫层和整片性垫层。当需要挖除地基下1到3米的湿陷性黄土的湿陷量时, 需要采用局部垫层法处理。当需要增加垫层土的承载力时, 需要采用整片性垫层法处理。
其二, 夯实法。夯实法适用于湿陷性黄土的饱和度Sr<60%的地基处理中, 此方法主要用吊升设备将重锤从高空自由下落, 作用于地基, 增强地基的强度, 增加地基的受力性能[4]。
其三, 挤密法。挤密法主要运用在地下水位以上的湿陷性黄土地基的处理中, 施工时要预先设计好在基础平面位置布置桩孔和成孔, 将备好的素土或灰土在含水量的情况下分层填入桩孔内, 将土夯实达到标准要求。并通过成孔和桩孔横向挤压作用, 使得桩基土更加紧密。
其四, 预浸水法和化学加固法。预浸水法由于耗量比较大, 在使用的过程中具有一定的局限性;化学加固法适用于建筑物的地基加固, 两种方式的使用范围比较小。
其五, 桩基础法。桩基础不是自然形成或人工造成的地基, 而是简单的基础的范畴, 主要将上部分的荷载转移到桩侧和桩底端的土岩层中[5]。通过使用开挖、钻孔等方式形成桩。在湿陷性黄土地基或场地中避免使用摩擦型桩, 在设计桩基础的时候, 不仅要考虑到桩本身的强度要求, 还需要根据场地工程地质条件分析, 选用适合场地的桩。
3 湿陷性黄土地区地基处理的试验研究
对湿陷性黄土地基的处理试验研究主要是通过研究强夯法加固黄土地基的试验。强夯法加固黄土地及的承载力试验和结果。本研究选取西部某地区进行试验, 在同试验区分别选取原地基土区和强夯地基处理区。强夯区在处理前未进行原位测试试验, 为了研究强夯区地基处理效果, 需要将原地基土区土层的参数作为强夯区处理前的土层的力学参数。从地质学角度来看, 这种处理方式是合理的。根据相关地质资料, 在场区选取试验场地, 面积为20×20m, 分四个试验区强夯点在地基表面, 夯点中心距离为3.5m。强夯完成后, 在场地进行载荷试验、旁压试验、动力触探试验、标准贯入试验等对黄土地区地基的承载力进行试验。详情如表1所示。根据这几种试验可以看出, 地基土体的承载力均有显著加大, 土体被强力挤密, 孔隙大幅度减小。表明强夯法在处理湿陷性黄土地基的过程中具有较好的效果。
4 结束语
通过对湿陷性黄土的变形、类型以及特性分析, 列举出国内外几种常见的湿陷性黄土地基处理方案, 并对这些方法进行细致的研究和探讨, 并通过强夯法加固黄土地基的试验的研究分析, 在处理湿陷性黄土地基问题中, 强夯法具有较明显的效果。在实际中, 还需要根据当地黄土的特性和实际情况进行分析, 选取一种最佳处理方案, 合理运用先进技术和材料等, 对湿陷性黄土地基问题进行处理。
参考文献
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黄土湿陷试验 篇7
国内许多研究人员对冲压技术进行了研究, 马连宏[2]对冲击压实机械进行填前碾压以及路基分层振动压实后, 再用冲击式压路机进行补压的施工技术及检测要点进行了详细分析。康景文等[3]在昆明新建机场采用冲击压实技术对原状红黏土地基进行冲击碾压处理实验。随着国内大规模填筑工程的展开, 许多学者也陆续对冲击碾压进行了深入分析[4,5]。
冲击碾压法对处理湿陷性黄土地基有着较好的应用。范义明等[6]利用冲压技术对湿陷性地区黄土高填土工程进行处理;景宏君等[7]利用多种检测手段对冲击碾压后的黄土路基进行检测;王吉利等[8]对黄土地区某高速公路路段进行冲击碾压, 探讨地基土的压实度等参数随冲压遍数的变化规律。这些研究并没有涉及湿陷性高填方黄土场地冲压试验, 高填方工程的特点就是严格控制工后沉降, 严控沉降势必要对冲压方法进一步深入研究。压实度检测试验方法的不同必定给试验结果带来一定的影响, 至于这种影响有多大, 前人关于这方面的研究目前较少, 有待进一步研究。
本文在前人研究基础上, 利用32 k J冲压机对3种不同虚铺厚度的黄土填筑体进行碾压, 利用灌砂法对压实度进行检测, 选出较理想的虚铺厚度和冲压遍数。另外, 对冲击碾压后的24 000 m2的黄土场地取样48组, 分析环刀法、灌砂法和无核密度仪对压实度的影响规律, 以及酒精灯燃烧法和无核密度仪对含水率测定的影响。试验结果可为为湿陷性黄土高填方场地大规模施工提供一些有益经验和技术参数, 也可为同类工程建设提供参考。
1 试验概况
1.1 地质条件
试验场地位于延安市宝塔区柳林镇, 建筑场地修建于黄土梁上。试验场地勘探深度范围内揭露的地层自上而下依次为植物层 (Q4pd) 、坡洪积 (Q4pl+dl) 粉质黏土、第四系上更新统风积 (Q32eol) 、残积 (Q31el) 古土壤、中更新统风积 (Q2eol) 黄土、残积 (Q2el) 古土壤。场地通过勘探波速测试得到该建筑场地类别属于Ⅱ类场地。试验区域位于黄土梁上, 湿陷性黄土厚度达到30 m, 属于Ⅳ级自重湿陷性黄土。
通过多组室内重型击实试验得到该取土场Q3黄土平均最大干密度约为1.86 g/cm3, 平均最优含水率约为12.1%, 图1中仅列出一组重型击实实验结果, 为试验提供压实度检测依据。
1.2 试验设备及检测手段
试验选用宇通重工6830型的32 k J的冲击碾压机, 轮宽为90 cm, 轮距为126 cm。如图2所示, 要求形式速度为10~12 km/h, 并配有徐工GR180平地机一台, 搭配使用, 以达到最好冲压效果。
采用灌砂法、环刀法和无核密度仪3种试验手段, 以比较三者对压实度检测结果的影响。本文试验采用HUMBOLDT H-4114SD.SF型无核密度仪, 灌砂法试验采用的标准砂密度为1.41 g/cm3, 环刀法试验采用环刀体积为200 cm3, 试验方法严格按照规范[9,10]执行。
1.3 试验方案
选用3个2 500 m2的平坦场地进行虚铺厚度分别为80, 100和120 cm的Q3黄土。本次试验土料为浅黄色, 硬塑状态, 具有大孔和节理且结构疏松的Q3黄土, 土料深度约在地面下1~4.5 m, 该层土受表面雨水影响较大, 含水率约在10%~16%之间, 较符合试验要求。
对冲压遍数分别为8、12、16、20、24、28、32和36遍的过程记录沉降量, 并通过灌砂法检验上中下3层的压实度, 寻求最优冲压遍数。80 cm区域检测压实度开挖上中下代表厚度为10~30 cm、30~50cm和50~70 cm;100 cm区域检测厚度分别是15~35 cm, 45~65 cm和75~95 cm;120 cm区域检测厚度分别是20~40 cm、50~70 cm和80~100 cm。冲击碾压完的沉降观测采用水准仪完成, 观测点为场地中心部位。
利用灌砂法和环刀法以及无核密度仪法对施工现场累计24 000 m2区域进行了48次对比试验, 每500 m2检测一次, 包括比较三者的压实度, 以及采用酒精灯法和无核密度仪量测含水率的试验。环刀法取样在灌砂法代表深度2/3处, 无核密度仪基本与灌砂法代表深度一样。采用方差分析方法对试验数据进行分析, 得到不同方法对压实度和含水率结果的影响。
2 试验结果分析
2.1 沉降观测分析
冲压过程中, 在试验区域中心点位置采用水准仪测试沉降变化。图4是沉降点观测值随冲压遍数之间关系。32遍冲压结束, 80 cm区域沉降量为0.17 cm;100 cm区域沉降量为0.26 cm;而120 cm区域36遍后沉降为0.51 cm, 从以上分析可知, 虚铺厚度越大, 沉降量在后期仍然较大, 这与虚铺厚度越大不利于压实有关。厚度越薄, 在相同功率作用下, 更有利于达到沉降稳定、压实度合格的要求。可以认为, 冲压前期, 虚铺厚度越薄沉降量越大;而冲压后期, 虚铺厚度越薄则沉降量越小。
图5是3个区域累计沉降量随冲击遍数的变化曲线。80 cm区域冲压32遍, 累计沉降量为13.45cm;100 cm和120 cm区域冲压36遍后, 累计沉降量为14.96 cm和13.36 cm。累计沉降量曲线显示80 cm区域沉降已经稳定, 而其他2个区域累计沉降量仍然有增长的趋势, 尤其是120 cm区域。对于120 cm区域, 较大的厚度并没有带来最大的累计沉降量, 在相同击实功率作用下, 厚度越大沉降越大, 但是较大的厚度显然没有带来较大的沉降, 这与120 cm区域较薄的土层形成硬壳有关。坚硬的硬壳区域密度较高, 但也阻碍和减弱了上部压实功向下传递的作用, 较深的土层沉降未完全有效发挥。
从施工经验来看, 平地机必须配合冲压机, 每冲压4遍, 平地机刮平地面一次, 否则冲压地面凹凸不平, 降低冲压机行驶速度, 并且给操作手带来驾驶难度。由图4和图5可知, 前12次冲压尤为重要, 该阶段沉降量发挥最大, 且坚硬的表层硬壳没有出现, 可以说前期冲压的好坏很大程度决定了作业区能否达到设计要求。
2.2 压实度检测分析
图6~图8分别是3个区域压实度随冲压遍数的变化曲线。该节中压实度检测采用灌砂法, 每个区域取其3个深度, 规定每个检测深度均达到设计要求即为合格, 取样深度前文中已经详述。
80 cm试验区域 (图6所示) , 冲压28遍3个深度基本均达到压实度93;冲压达到32遍后, 3个深度基本均达到了压实度95设计要求。冲击遍数较少时, 浅层压实度反而较小, 这与冲压机压实原理有关, 冲压过程中, 凸轮冲击填筑体, 凹凸不平, 在平地机配合下刮平高低不平的土, 浅层不一定密实, 而较深部位填筑土受力较为均匀, 相互挤压也较为协同一致, 势必造成浅层的压实度小于较深部位。
冲压100 cm区域 (图7) , 冲压32遍之后, 15~35 cm和45~65 cm深度基本达到了95要求, 而75~95 cm深度没有达到设计要求, 压实度仅为94, 冲压36遍后, 压实度也仅仅提高到94.3。很明显虚铺100 cm的黄土填筑体, 即使冲压遍数达到了36遍, 仍然较难达到设计要求。前期冲压过程中, 较浅的填筑体黄土已经形成坚硬层, 而较深部位冲压作用力较难达到该深度, 导致后期即使冲压遍数提高, 也很难达到设计要求。
冲压120 cm区域 (图8所示) , 28遍可以使50~70 cm深度基本达到压实度93, 冲压32遍20~40cm和50~70 cm深度基本达到95设计要求, 但较深的80~100 cm即使冲压36遍, 仍然达不到设计要求, 这与虚铺100 cm区域冲压结果较为相似。冲压作用功达不到这个深度, 导致了压实度不能符合要求。
从以上分析来看, 32 k J冲压机在规定要求下, 虚铺80 cm土料冲压28遍, 压实度可以达到93, 冲压32遍压实度可以达到95以上, 而土料虚铺100cm和120 cm时, 冲压36遍压下层压实度很难达到95。虚铺厚度大于80 cm后, 较深部位压实度很难达到要求, 即使加大冲击遍数, 压实度上升的幅度也较小, 因此, 从本文的试验来看, 黄土填筑体虚铺厚度达到80 cm较为合适, 一方面有利于提高施工压实质量, 另一方面也可以克服后期压实度增长的困难。建议32 k J冲压机虚铺80 cm湿陷性黄土土料为该高填方工程较好的施工方式。
2.3 检测方法对试验结果的影响
在黄土高填方施工现场, 500 m2取一个试验点, 用了环刀法、灌砂法和无核密度仪法对48个区域进行了对比试验, 得到的压实度数据如图9所示, 共取得144个数据, 通过方差分析和T检验等手段获得三者之间关系。图10是酒精燃烧法和无核密度仪直接量测结果对比图, 在48个区域共取得了96个数据点。
方差分析是从观测变量的方差入手, 研究诸多控制变量中哪些变量是对观测变量有显著影响的变量。在科学实验中常常要探讨不同实验条件或处理方法对实验结果的影响。通常是比较不同实验条件下样本均值间的差异。限于篇幅文中不再列出分析方法步骤以及计算公式, 详见文献[11]。
对于压实度比较组, 单因素方差分析得到3种试验方法获得的压实度均值和标准差, 如表1所示, 从均值角度分析, 灌砂法得到的压实度较小, 无核密度仪居中, 而环刀法则较大, 环刀法要大于灌砂法约2个百分点。3种试验方法得到的样本显著性如表2所示, 由表2可知, 显著性等于0.007, 这表明三种试验方法得到的压实度存在显著性差异, 需进一步事后T检验, 其结果如表3所示。
表3中记录了三种方法压实度的显著性, 由该表可知, 环刀法和灌砂法存在显著性差异, 环刀法得到的压实度显著性高于灌砂法;环刀法和无核密度仪法、灌砂法和无核密度仪测定的压实度不存在显著性差异。环刀法取样位置为灌砂法代表深度的2/3处, 仅代表了2 cm深度范围类的压实度, 仅仅为一个点, 而灌砂法相对于环刀法代表深度范围较大, 充分反映了填筑体密实情况, 更具有代表性。
无核密度仪通过电极之间的无线电高频率来测量压实土壤材料的介电性和密度, 并将测量得到的介电性与“土壤模块”做比较。“土壤模块”是土壤类型的特定标准, 它有一组预先测量得到的特定介电性, 这组介电性代表了一系列的密度值。可以说无核密度仪测定的结果是通过前期若干试验基础上得到, 代表了填筑体压实度本身固有属性, 不轻易随外界因素改变。因此环刀法和无核密度仪法、灌砂法和无核密度仪测定的压实度是比较接近的, 他们两者之间不存在显著性差异。
注:表中*表示均值差的显著性水平为0.05。
无核密度仪与酒精灯燃烧法分别采集了48个样本, 通过单因素方差分析, 2种方法的含水率均值和标准差如表4所示, 比较均值可知酒精灯燃烧法得到的含水率要高于无核密度仪。表5记录了2种方法的显著性为0.046, 在0.05水平上, 2种方法存在显著性差异。如前文所述, “土壤模块”是土壤类型的特定标准, 介电性代表了填筑土的含水率值;而酒精灯燃烧法受到填筑体中有机质、土样获取保存途径以及人为操作等因素制约, 导致两种方法获得的含水率存在显著性差异。从均值来看 (表4) , 酒精灯燃烧法高于无核密度仪测定的含水率约0.83%。
图11是无核密度仪测定的含水率与酒精灯燃烧法测定的含水率之间对比关系, 去掉如图所示的4个较离散的对照点, 可以看出两者关系呈现较好线性趋势, 通过最小二乘法得到:
式 (1) 中, wuc代表无核密度仪测定的含水率 (%) ;wqc是酒精灯燃烧法测定的含水率 (%) 。该式可以为无核密度仪测定含水率的校核和标定提供一定的参数依据。
3 结论
为某湿陷性黄土高填方场地提供施工依据, 选用32 k J冲压机, 虚铺3种厚度, 对冲击碾压后的地基采用灌砂法进行压实度检测, 寻求合理的虚铺厚度和冲压遍数。对环刀法, 灌砂法和核子密度仪法获得的压实度, 酒精灯燃烧法与无核密度仪测定的含水率结果进行了单因素方差分析, 寻找试验方法的不同对试验结果的影响规律。研究结果表明:
(1) 冲压前期, 虚铺厚度越薄沉降量越大;而冲压后期, 虚铺厚度越薄则沉降量越小。相同击实功率作用下, 厚度越大沉降越大, 但是较大的厚度没有带来较大的沉降, 这与虚铺厚度较大的土层形成硬壳有关。冲压前12次尤为重要, 该阶段沉降量发挥最大, 且坚硬的表层硬壳没有出现。
(2) 32 k J冲压机在规定要求下, 虚铺80 cm土料冲压28遍, 压实度可以达到93, 冲压32遍压实度可以达到95以上, 而土料虚铺100 cm和120 cm时, 冲压36遍压下层压实度很难达到95, 建议32 k J冲压机虚铺80 cm土料为该工程较好的施工方式。
(3) 环刀法和灌砂法存在显著性差异, 环刀法得到的压实度显著性高于灌砂法;环刀法和无核密度仪法、灌砂法和无核密度仪测定的压实度不存在显著性差异。
(4) 酒精灯燃烧法与无核密度仪测定的含水率存在显著差异, 酒精灯燃烧法得到的含水率要高于无核密度仪。
本文试验结果可为为湿陷性黄土高填方场地大规模施工以及试验检测提供一些有益经验和技术参数。
摘要：为某湿陷性黄土高填方场地提供施工依据, 对虚铺3种厚度的填土进行了冲击碾压试验, 寻求合理的虚铺厚度和冲压遍数;并对环刀法、灌砂法和无核密度仪法测定的压实度以及酒精灯燃烧法和无核密度仪测定的含水率进行单因素方差分析, 探讨了不同方法对试验结果的影响规律, 主要结论包括:冲压前期, 虚铺厚度越大沉降越大;冲压后期, 较大的虚铺厚度沉降却较小, 这与较大的虚铺厚度土层形成硬壳有关。前12遍冲压沉降量较大, 该阶段很大程度决定了压实度能否达到设计要求。虚铺80 cm土料冲压28遍, 压实度可以达到93, 冲压32遍压实度可以达到95以上;而土料虚铺100 cm和120 cm时, 即使冲压36遍压实度很难达到95。建议32 k J冲压机虚铺80 cm土料为该工程较优厚度。环刀法和灌砂法测试压实度存在显著性差异, 环刀法得到的压实度高于灌砂法;环刀法和无核密度仪法、灌砂法和无核密度仪测定的压实度不存在显著性差异。酒精灯燃烧法与无核密度仪测定的含水率存在显著差异性。试验结果可为湿陷性黄土高填方场地大规模施工提供一定的指导, 也可为同类工程建设提供参考。
关键词：湿陷性黄土,冲击碾压法,压实度,方差分析
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黄土湿陷试验 篇8
1 场地地层条件
本工程场地位于我国甘肃庆阳的董志塬, 场地地形平坦、开阔, 起伏较小, 地面标高为1 350 m～1 361 m, 最大黄土覆盖厚度可达200 m～300 m。钻孔最大深度40 m, 揭示地层13层, 第一层粉质黏土 (黑垆土) 为Q4, 第二层～第四层粉质黏土 (马兰黄土) 为Q3。勘探场区, 湿陷性黄土的湿陷程度由上向下逐渐减弱, 一直渐变为非湿陷性黄土。湿陷性黄土的底界埋深为16 m左右, 包含的地层为2层～5层粉质黏土。场地黄土为自重湿陷性黄土, 湿陷等级为Ⅱ级。控制性钻孔均可见到地下水, 地下水埋深一般为29.5 m～33.5 m左右, 地下水以上近30 m含水率小于20%。
2 地基处理要求
本试验选择有代表性的场地作为试夯区来进行试验性施工, 考虑到场地不同的区域要求, 消除湿陷的深度不同 (见表1) , 采取不同能级的强夯在不同的试夯区分别施工。
3 强夯施工方法
3.1 强夯施工机械
本试验强夯施工机械:3 000 kN·m, 8 000 kN·m, 12 000 kN·m能级均选择德国生产的W200A/50 t履带式强夯机, 最大起重量为60 t, 配有自动脱钩装置。
3.2 强夯施工工艺
施工方法采用格点间隔夯打法, 先内后外, 这样可以使夯击能量有效的传至深处, 并可以较好的使夯点之间挤密, 达到夯后地基土的均匀性要求。
3 000 kN·m能级试夯区面积为40 m×40 m, 分4遍施工。第一、二遍采用3 000 kN·m能级点夯主夯点, 主夯点间距为8.0 m, 其中第一遍每点8击～10击 (多为8击) , 第二遍6击～8击 (多为8击) , 主夯点各为50个;第三、四遍为1 000 kN·m能级满夯, 每遍每点1击, 平均夯印搭接1/4。
8 000 kN·m试夯区面积为40 m×40 m, 分5遍施工。第一、二遍采用8 000 kN·m能级点夯主夯点, 间距为8.0 m, 其中第一遍每点8击～10击 (多为8击) , 第二遍6击～8击 (多为8击) , 主夯点各为25个;第三遍为3 000 kN·m能级加固点夯, 在第一、二遍夯点之间插点, 平均击数为6击, 第四、五遍为2 000 kN·m能级满夯, 每遍每点1击, 平均夯印搭接1/4。
12 000 kN·m试夯区面积为50 m×50 m, 分5遍施工。第一、二遍采用12 000 kN·m能级点夯主夯点, 间距为10 m, 其中第一遍每点8击～10击 (多为9击) , 第二遍6击～7击 (多为7击) , 主夯点各为25个;第三遍为8 000 kN·m能级加固夯, 在一、二遍夯点之上和一、二遍夯点之间插点, 每点4击;第四、五遍为3 000 kN·m能级满夯, 每点1击, 夯印搭接1/4。
4 现场平板载荷试验结果
按照规范[3]强夯完成28 d后对强夯地基进行平板载荷试验, 确定夯后地基土的承载力和压缩模量, 分别进行了浸水与不浸水的平板载荷试验。由于强夯处理后地基土渗透系数显著减小, 因此在浸水平板载荷试验点四周打设8个深4 m、直径为130 mm的浸水孔, 内填小粒径卵石, 加速浸水。
本次夯后共进行9组平板载荷试验, 分夯间、夯点进行, 其中3 000 kN·m试夯区试点编号分别为1号 (夯间) 、2号 (一遍夯点) 、3号 (夯间, 浸水) ;8 000 kN·m试夯区试点编号分别为4号 (夯间) 、5号 (夯点) 、6号 (夯间, 浸水) ;12 000 kN·m试夯区试点编号分别为7号 (夯间) 、8号 (一遍夯点) 、9号 (夯间, 浸水) 。3 000 kN·m和12 000 kN·m试夯区采用1.0 m2 (1.0 m×1.0 m) 载荷板, 8 000 kN·m试夯区采用0.5 m2 (0.707 m×0.707 m) 荷载板。现场平板载荷试验结果见图1～图3。
按照s/b=0.010和相关规范[4], 承载力特征值不超过最大加载量的1/2;地基土的变形模量E0可表示为:
其中, μ为土的泊松比, 黏土取0.42;d为承压板直径或边长, m;p为p—s曲线上线性段的压力, kPa;s为与p相对应的沉降, mm;I0为刚性承压板的形状系数, 方形板取0.886。
压缩模量Es与变形模量E0的关系如下[5]:
则式 (2) 可变换为式 (3) :
8 000 kN·m试夯区的4号点试坑受降雨影响过于潮湿, 且周围积水过多, 造成坑底周边地基土含水量过高而软化, 造成沉降量过大, 不能真实反映夯后地基土的承载力。
浸水载荷试验:3号和9号点加载至250 kPa后浸水3 d达到稳定, 6号点加载至500 kPa后浸水3 d达到稳定。
由图1～图3分析可知:3 000 kN·m, 8 000 kN·m, 12 000 kN·m三个不同能级试夯区试验点 (除4号点外) 在最大荷载作用下均未破坏, p—s曲线呈缓变形, 无陡降段。
由图1～图3及规范[4]可知:3 000 kN·m试夯区1号, 2号, 3号试验点的承载力特征值均为250 kPa, 满足设计要求。达到最大加载量的最终沉降分别为5.25 mm, 7.29 mm, 8.89 mm。由式 (3) 计算得到:1号, 2号, 3号试验点的压缩模量分别为88.7 MPa, 63.9 MPa和52.4 MPa, 满足设计要求。8 000 kN·m试夯区的6号点加载至500 kPa后浸水3 d达到稳定, 沉降量为14.39 mm, 加载至700 kPa时, 载荷板周边隆起破坏;确定5号, 6号试验点的承载力特征值分别为500 kPa和300 kPa, 达到最大加载量的最终沉降分别为10.59 mm, 30.93 mm。由式 (3) 计算得到:压缩模量分别为88.0 MPa和30.1 MPa。12 000 kN·m试夯区在施工期间遭受降雨影响, 因此平板载荷试验试坑挖深较大, 在1.5 m～1.7 m之间。其中9号浸水试验点在浅层 (0.5 m～0.8 m) 开挖试坑时, 土体呈可塑状, 无法作为载荷试验的承压层, 因此在邻近处又重新开挖了试坑。土体过湿主要是因为夯坑受降雨影响未及时回填形成集水坑。确定7号, 8号, 9号试验点的承载力特征值均大于250 kPa, 满足设计要求, 达到最大加载量的最终沉降分别为1.98 mm, 1.62 mm, 11.22 mm。由式 (3) 计算得到7号, 8号, 9号试验点的压缩模量分别为235.2 MPa, 287.2 MPa和41.6 MPa, 满足设计要求。
由各能级平板载荷结果分析可知, 强夯后地基承载力特征值不低于250 kPa, 且压缩模量也满足设计的要求。浸水后的沉降明显随时间的增加而增大, 也较不浸水时大很多, 所以建筑结构完成后应当加强防水措施。由不同能级的平板载荷曲线可知, 夯间和夯点的承载力相差不大, 表明夯后地基具有较好的均匀性。
5 结语
本文结合湿陷性黄土地基在不同能级强夯加固后的浸水与不浸水的平板载荷试验, 对强夯后浅层地基土的承载力与压缩模量进行了研究, 得到以下结论。
5.1 承载力
强夯处理后的湿陷性黄土地基, 浅层地基土的压缩模量、承载力提高显著, 地基承载力特征值不小于250 kPa。
5.2 均匀性
由夯间与夯点的对比可知, 强夯后浅层地基具有较好的均匀性。同时宜采用减少建筑物不均匀沉降和使建筑物能适应地基局部湿陷变形的措施。
5.3注意防水
在湿陷性黄土地区一定要注意防水, 必须要采取必要的防水措施。
施工期间加强天气预报观测, 强夯施工后的夯坑在降雨之前及时推平、回填, 避免降雨形成集水坑对夯坑浸泡;遇降雨在坑内形成积水区域, 应挖出坑内软泥, 露出新鲜土层方可回填干燥土;强夯施工在降雨过后, 至少应经过1周的晾晒, 待浅层地基土干燥后方可继续进行施工, 以保证地基处理加固效果;施工过程中应确保施工安全。
摘要：对国内最大的黄土塬地区湿陷性黄土分别采用3 000 kN.m, 8 000 kN.m, 12 000 kN.m能级强夯进行加固, 分别通过平板载荷试验对加固处理后的地基进行浸水载荷试验与不浸水载荷试验检测, 对比分析得到一些有价值的参数和数据, 并为大面积施工提供一些建议。
关键词：强夯法,湿陷性黄土,载荷板试验,浸水载荷试验
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黄土湿陷试验 篇9
湿陷性黄土地基的处理方法其主要目的在于消除黄土的湿陷性同时提高地基承载力, 常用的处理方法有:换填法, 重锤夯实法, 强夯法, 灰土挤密桩法, 桩基础, 浸水预压法等。灰土桩是利用打桩机或振动器将钢套管打入地基土层预定深度后随之拔出, 在地基中挤土形成桩孔, 然后在桩孔中分层填入灰土, 夯实成桩。通过成孔过程中沉管对桩周土的侧向挤密作用来达到消除湿陷性的目的。成桩材料除了选取灰土外还可以选取素土, 土挤密桩与灰土挤密桩在消除湿陷性方面, 其效果基本相同或差别不明显, 但土挤密桩的地基承载力和水稳性不及灰土挤密桩[2]。在确定桩间距方面, 单桩成孔挤密试验结果的一般规律表明, 灰土挤密桩以消除湿陷性为目的时的单桩有效挤密区半径为距离孔心1.0~1.5倍桩径[3], 为此通常考虑将桩孔中心距离设计为2~3倍桩径较为合理且相对安全, 具体桩间距的取值还需要结合黄土的湿陷性情况以及承载力因素综合确定。
1 试验目的与场地概述
1.1 试验目的
本次试验重点解决的问题是:通过静载荷试验、桩间土挤密效果检测、浸水试验, 检测灰土挤密桩法消除黄土湿陷性、提高地基土承载力方面的效果, 总结可行的设备、施工工艺、相应的设计与施工参数。这一问题的解决对无可靠持力层的黄土场地的建设具有借鉴意义。
1.2 试验场地土的物理力学性质
场地原标高1651.418m, 试坑开挖后坑底标高1640.50m, 坑底以下依次为松散填土 (厚约17.6 m) 、冲填土 (厚约11.5m) 、黄土状粉土 (厚约2m) 、卵石层。原状土层的基本物理力学指标见表1, 从中可以看出10m以下土体干密度较大、孔隙比较小、不具有湿陷性, 故将沉管挤密桩长度设计为12m。
2 试验方案与方法
2.1 灰土挤密桩地基的设计
本次试验中灰土挤密桩桩径为450mm, 孔位按照正三角形布置, 按如下计算式确定孔心距:
式中:D———挤密填料孔直径 (m) ;
d———预钻孔直径 (m) ;
ρdmax———击实试验确定的最大干密度 (g/cm3) ;
ρd0———地基挤密前压缩层范围内各层土的平均干密度 (g/cm3) ;
珔ηc———挤密后3孔间土的平均挤密系数。
本次实验中ρd0取1.32g/cm3, ρdmax取1.74g/cm3。由上式求得桩心距为0.996m, 取为1.0m, 此时复合地基的面积置换率为18.4%, 每根桩分担处理面积0.866m2。
2.2 施工
本试验沉管挤密主机采用ZB-24步履式打桩机, 桩锤为3.0t导杆式柴油锤。工具桩直径377mm, 扩大环外径450mm, 用JK-B型电动自行式夯实机带动夯锤进行夯填, 夯锤直径250mm (锤头直径280mm) 、长3.7m、重1.3t。用装载机进行填料拌合及填孔。
本次填料高度约1m, 夯锤落高4m。在锤重、落高及填料高度确定的情况下, 夯击土柱所需要的锤击数为5击。
2.3 静载荷试验
单桩复合地基载荷试验选3处测点进行。承压板直径1.05m, 承压板面积0.87m2。试验共分9级加载, 第一级加载100k Pa, 以后每级加载50k Pa, 最大加载值为500k Pa, 加载分级、测读时间、稳定标准等严格遵照规范有关要求。
2.4 桩间土挤密效果检测
桩间土挤密效果检验, 即在处理深度内分层取样测定三桩间挤密土的湿陷性、压缩性及最小挤密系数。每项工程的检验应在由三桩构成的挤密单元内, 布置取样探井, 探井深度要大于桩长, 以1.0m为一层分别用环刀取出土样进行检测。
2.5 浸水试验
地基处理完后, 在沉管挤密区进行试坑浸水试验。目的是验证地基处理效果, 了解水分渗透规律。现场试坑浸水试验试坑直径 (或边长) 不应小于湿陷性黄土层的厚度, 并不应小于10m。受试验场地尺寸限制, 本次浸水坑直径均为10m, 小于挤密地基处理厚度。浸水坑深0.5m, 浸水期间一直保持水头高度0.3m。沉降观测采用DS1水准仪进行, 每天观测一次。
3 试验结果与分析
3.1 载荷试验结果
由3处载荷试验所得的各试验点p~s曲线如图1所示。
此3处载荷试验点的p~s曲线均呈平缓过渡状, 加载至最大500k Pa均未出现极限破坏现象。1、2、3号试验点的最大沉降量分别为16.5mm、13.6mm、14.4mm。各检测点p~s曲线均为接近直线的平缓曲线且尾部均未出现陡降, 为此灰土桩复合地基承载力可按相对变形s=0.008d=8.4mm (d为载荷板直径) 确定, 在沉降达到8.4mm时, 各个测点对应的承载力特征值分别为284k Pa、327k Pa、317k Pa。
3.2 桩间土挤密效果检测结果
从表1给出的天然土的物理力学指标可以看出, 天然地基土在地下10m以内范围均具有湿陷性, 其中湿陷系数最小为0.018最大为0.065, 湿陷性系数大多集中在中等湿陷区间 (0.03~0.07) 。表2给出了地基土经过灰土挤密桩处理后的不同深度处7个土样的主要物理力学性质指标, 检测结果显示地基土干密度提高, 压缩性降低, 湿陷性系数均小于0.015, 可以判定桩间土湿陷性完全消除, 桩间土挤密效果良好。
3.3 浸水试验结果分析
各观测点变形的整体趋势是, 随浸水时间延续, 土体含水量增大、重度增大、压缩模量降低等产生的压密变形, 引起各观测点逐步轻微下降。受水分扩散速度影响, 处理范围外沉降观测点的变形在浸水后12d才产生。先期水分消散快、注水量大, 到后期浸水坑内形成水面。浸水61d场地平均总沉降13.25mm, 进一步证实, 经挤密处理后的黄土湿陷性完全消失。各观测点沉降见表3。
mm
注:浸水坑外沉降点距坑边1m, 处理范围外沉降点距坑边5m。
4 结论
1) 本次灰土挤密桩法处理湿陷性黄土的试验表明, 经过该法处理, 可以完全消除黄土的湿陷性, 同时显著提高地基土承载力, 降低地基土的压缩性;
2) 确定灰土挤密桩的合理桩间距是设计中的一项关键内容, 桩间距的变化不仅会带来复合地基承载力的变化, 而且会影响到地基土湿陷性的消除情况。在选取桩间距时可按照规范提供的公式进行计算, 也可通过经验, 由天然地基土的承载力、干密度、湿陷性以及处理后所要求达到的地基承载力等因素综合加以确定;
3) 对孔内填料的夯填效果会直接影响到桩体强度, 进而影响到整个工程质量。应确保孔内填料的含水量尽量接近其最优含水量, 且每次投料高度不宜过高。
摘要：结合工程实例, 介绍了灰土挤密桩在湿陷性黄土地基的设计方法与检测方案。试验数据表明, 经过灰土挤密桩处理的复合地基桩间土湿陷性完全消除, 地基承载力显著提高, 对兰州地区湿陷性黄土地基处理的设计和施工具有借鉴意义。
关键词：湿陷性黄土,灰土挤密桩,质量检测,浸水试验
参考文献
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黄土湿陷试验 篇10
[关键词]黄土分类 处理措施 基础影响
[中图分类号]F642.13+1
[文献标识码]A
[文章编号]1672-5158（2013）05-0213-01
黄土类土形成于第四纪大陆，成松散堆积状态，性质特殊。一般与工程相接触的黄土都具有湿陷性。黄土在干燥时具有较高的强度，遇水后会有较明显的湿陷性。这也是由于黄土本身的组成结构所控制的。黄土中含60多种矿物，以碎屑矿物为主，并含部分黏土矿物。碎屑矿物中主要为石英、长石、碳酸岩；黏土矿物绝大多数为水云母，并有少量蒙脱石和高岭石等。易溶盐、中溶盐和有机物的含量较少。构成黄土的结构体系是骨架颗粒，它的形态和连接形式影响到结构体系的胶结程度，它的排列方式决定着结构体系的稳定性。湿陷性黄土一般都形成粒状架空点接触或半胶结形式，湿陷程度与骨架颗粒的强度、排列紧密情况、接触面积和胶结物的性质和分布情况有关。黄土在形成时是极松散的，靠颗粒的摩擦和少量水分的作用下略有连接，但水分逐渐蒸发后，体积有所收缩，胶体、盐分、结合水集中在较细颗粒周围，形成一定的胶结连接。经过多次的反复湿润干燥过程，盐分积累增多，部分胶体陈化，因此逐渐加强胶结而形成较松散的结构形式。季节性的短期降雨把松散的粉粒黏结起来，而长期的干旱气候又使土中水分不断蒸发，于是少量的水分连同溶于其中的盐分便集中在粗粉粒的接触点处，可溶盐类逐渐浓缩沉淀而形成为胶结物。随着含水量的减少土粒彼此靠近，颗粒间的分子引力以及结合水和毛细水的连接力也逐渐增大，这些因素都增强了土粒之间抵抗滑移的能力，阻止了土体的自重压密，形成了以粗粉粒为主体骨架的多空隙结构。当黄土受水浸湿时，结合水膜增厚楔人颗粒之间，于是结合水连接消失，盐类溶于水中，骨架强度随着降低，土体在上覆土层的自重压力或在自重压力与附加压力共同作用下，其结构迅速破坏，土粒向大孔滑移，粒间孔隙减小，从而导致大量的附加沉陷。这就是黄土湿陷现象的内在过程。
地基处理中所遇到的黄土层，主要分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。湿陷性黄土就是在一定压力下，黄土层受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。自重湿陷性黄土一旦受水浸湿，由于上部土体的自重压力下受水浸湿，会发生显著附加下沉的情况。在实际工程中如果遇到实现性黄土必须采取相应的处理措施，否则当此类黄土遇水后会造成严重的工程事故。工程中把湿陷性黄土地基的分为四类湿陷等级，湿陷等级的划分主要是根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值等因素决定。由I级到Ⅳ级湿陷量越大，对地基的不利影响越大。
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，故在湿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。工程中湿陷性黄土地基处理的目的主要是通过各种地基处理方法消除黄土的湿陷性，满足工程设计要求承载力。地基处理常用的方法有以下几种：
1、垫层法。就是将原有湿陷性黄土挖出，并与消石灰按体积配合比进行搅拌均匀。体积配合比宜取2：8或3：7，并由试验室试验验证回填土体的最优含水量，拌合均匀后进行基槽回填。对于整片灰土垫层采用分层回填，每层宜取300后，采用相应振动碾进行土体压实，直至回填至设计标高。
2、灰土桩或水泥土桩。
3、强夯法
4、重锤夯实法，
通过强夯可以完全消除地基土的湿陷性，地基承载力标准值显著提高，解决场地范围地基的不均匀沉降。
强夯对于浅基础工程就不需要挖方，对基础设在2m深以内建筑物而言铲去基础范围内的表层土，进行强夯后就可直接施工基础工程。强夯施工投入劳动力少，效率高、工期也短，受天气影响不明显，不占用场地，并可做到文明施工。
在相距5 m范围内夯击时，相当8度地震烈度破坏；在20m以外相当7度地震烈度破坏；在30m以外，当夯击能力为200 kN·m时，对建（构）筑物基本上没有震害问题，只有相应的噪音影响。
首先应进行设计试夯；其次，强夯施工时，应考虑含水量大小，如含水量适中，可直接强夯，否则应采取相应的措施后再夯实；第三，注意夯实时间间隔。
5、桩基础
以上地基处理方法根据不同的场地类型因地制宜，通过经济、技术比较后台理选择处理方法。对于Ⅱ级以上湿陷性黄土地基处理如采用土或灰土垫层、土桩或灰土桩、桩基础预浸水法，不同程度存在工作量大、花费劳力多、施工现场占地大、工期长、造价高等缺点。近几年来，强夯法以其处理地基施工简便、速度快、效果好、造价低等优点，在全国湿陷性黄土地区得到广泛应用和推广，处理湿陷性黄土地基的效果也十分明显。但是强夯也必须注意一些问题，例如强夯前先要进行设计试夯，在施工时还应考虑土中的含水量大小，如果含水量适中，可直接进行强夯，否则要先采取相应的措施处理含水后再进行夯实。
结束语：湿陷性黄土的影响因素众多，但通过各种方法处理后必须满足建筑设计承载力以及各方面指标的要求，保证建筑有稳定、可靠的支撑，保证整个结构的安全、合理的建设。
参考文献
[1]《建筑地基基础设计规范））G1350007-2011中华人民共和国住房和城乡建设部 中华人民共和国国家质量监督监督检验检疫总局
[2]《建筑地基基础设计规范》G1350007-乡村2011中华人民共和国住房和城乡建设部 中华人民共和国国家质量监督监督检验检疫总局
黄土湿陷试验 篇11
当前, 挤扩支盘灌注桩的施工工法已经比较成熟, 在非湿陷性黄土地区的研究及应用已经相当广泛, 郑州华诚商贸中心 (25层) 、天津津宝大厦 (14层) 等多项工程采用了该桩型并且取得了较好的社会和经济效益及很多的成功经验。湿陷性黄土是一种特殊性质的土, 广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区, 它的显著特点就是浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形使得其承载能力降低, 最终直接影响基础的承载能力, 而桩基础又是湿陷性黄土地区的一种有效基础形式。但是, 人们对该桩型在湿陷性黄土地区的应用及研究关注很少, 尚需进一步研究与深化。本文通过现场试验对挤扩支盘灌注桩在湿陷性黄土地基中的承载能力及沉降规律进行研究, 为该桩型在湿陷性黄土地区的应用提供依据。
1挤扩支盘桩现场试验
1.1试验场地工程地质条件
本试验所在场地为大唐三门峡输煤区的一个施工现场, 场地以自重性湿陷黄土为主, 试验场地土层分布情况如表1所示。
1.2试桩设计
试验桩 (简称试桩) 采用具有两个承力盘的挤扩支盘灌注桩, 共计三根, 分别为1#, 2#和3#桩。桩端持力层为第⑥层粉质黏土层, 三根试验桩几何尺寸相同, 桩身直径d=600 mm, 盘直径D=1 400mm, 桩长24 m。试桩混凝土强度等级为C40, 锚桩为C20。试桩锚桩位置如图2所示, 支盘灌注桩外型及试桩与锚桩配筋如图3所示。
1.3静载试验
基桩工程质量的好坏主要取决于2个因素, 即承载能力与桩身质量, 而承载力是其中的主要因素。单桩承载力的准确测试对于各类建筑物基础设计乃至上部结构的设计都起着举足轻重的作用。
单桩竖向抗压静载试验模拟工程桩的实际工作状态, 在桩身混凝土强度达到设计要求后, 对三根试桩的桩身及桩端进行应力测试及沉降观测。为了测得桩端阻力以及桩侧摩阻力的分布情况, 在每根试桩桩身主筋的相应位置上埋设五层共10个钢筋应力计, 如图4所示。每层钢筋应力计均对称地设置在桩的2根纵向钢筋上。在钢筋应力计的安装位置将纵向钢筋截断, 钢筋应力计的两端焊接在纵向钢筋上, 以保证钢筋应力计中心与纵向钢筋中心一致。钢筋应力计的引出线沿与其相邻的主筋固定[3—6]。
1.3.1试验基本原理
单桩静载试验基本原理就是以一固定时间段作为稳定标准, 将大小不同的竖向荷载均匀地传递至建筑物基桩上, 通过实测单桩在不同荷载作用下的桩顶沉降, 绘制静载试验的Q-S曲线及S-lgt等辅助曲线, 然后根据曲线推求单桩竖向抗压承载力特征值等参数。
1.3.2试验装置
试验采用锚桩反力装置。由试桩、锚桩、主梁、次梁、拉杆、锚笼、千斤顶组成。由四根锚桩共同承受千斤顶的加载反力, 如图5所示。所有施力设备 (千斤顶) 、测力设备 (压力计) 及位移测量设备 (百分表) 均经计量检定合格。
1.3.3加、卸载等级, 稳定标准及卸载条件
1) 加载分级。根据试桩桩位工程地质勘探资料, 桩基础的设计资料以及有关规范, 分析估算承载力后采用慢速维持荷载法分级加载, 1#试桩按照13级加载, 每次加载增量为300 k N, 最大加载量为3900 k N, 2#与3#试桩按照9级加载, 每级加载增量为400 k N, 最大加载量为3 600 k N。
2) 测读桩顶沉降量的时间间隔。每级加载后, 间隔5、10、15、15、15 min测读一次桩顶沉降, 累计1 h后, 每隔30 min测读一次桩顶沉降。
3) 沉降相对稳定标准。每级荷载作用下, 桩顶沉降量在每1 h内小于0.1 mm, 并且连续出现两次, 且每级荷载维持时间不少于2 h, 即视为稳定, 可加下一级荷载。
4) 终止加载条件。根据规范规定, 只要满足下述条件之一即可终止加载。①某级荷载的沉降增量大于前级等量荷载沉降增量的5倍;②某级荷载的沉降增量大于前级等量荷载沉降增量的2倍, 且24 h沉降仍不稳定;③己经达到锚桩的最大抗拔力。
5) 卸载的规定。卸载需分级进行, 每级卸载量为两个加载级的荷载值, 每级荷载卸载后, 观测桩顶回弹量, 直到回弹稳定后, 再卸下一级荷载。卸载到零后, 在2 h内每30 min再观测一次沉降量。
2实验结果数据分析
2.1极限承载力分析
极限承载力的确定要根据荷载沉降曲线及其他一些辅助线确定。试验根据试验量测结果, 绘制三根试桩桩顶荷载Q与桩顶沉降S的关系如图6所示。
从图6中可以看出, 三根挤扩支盘灌注桩的静载荷试验沉降曲线都是缓变型的, 即使在极限荷载作用时, Q-S曲线也没有出现陡降段, 这说明三根挤扩支盘灌注桩承力盘的存在使桩的受力表现出端承桩的性质。从其曲线特征上看, 1#、2#和3#三根试桩均处于弹塑性工作阶段, 在最大荷载作用下均没有达到极限工作状态。1#、2#、3#试桩桩顶总的沉降量分别为37.89 mm、20.77 mm和18.68 mm, 均在规定的容许范围之内。因此, 根据《建筑桩基技术规范》 (JGJ94—94) 中规定的单桩极限承载力确定方法, 2#与3#试桩单桩极限承载力为最大加载量3 600 k N, 3#试桩单桩极限承载力为其最大加载量3 900 k N。
根据规范的规定, 单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值应按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。因此, 本试验在确定单桩极限承载力时, 三个试桩的平均值为3 700 k N, 将该值除以安全系数2, 即得到该工程单桩竖向承载力特征值为fak=1 850 k N。
2.2变形特性分析
为了表示每级荷载作用下的单桩净沉降量ΔS随荷载的发展情况, 根据规范规定把Q除以极限荷载后绘制出三根试桩的Q/Qu~Δs曲线[7,8], 如图7所示。
从图7中可以看出, 三根试桩的Q/Qu~Δs曲线的发展趋势基本相同, 在整个试验加载过程中, 曲线中出现了两个比较明显的拐点。第一个拐点是在加载量为极限荷载60%时, 在该位置之前曲线变化趋势比较平缓, 斜率较小, 这说明在上部荷载作用下, 试桩上部的第一个承力盘承载力在逐渐发挥作用, 沉降变形较缓和;当荷载超过60%的极限荷载之后, 曲线迅速翘起, 斜率增大, 沉降也迅速增大。这种情况是因为第一个承力盘的承载能力已经到了极限, 又增加的荷载迅速向下传递, 由于两个承力盘间距较近, 盘间的侧阻力不能充分发挥作用, 增加的荷载只由第二个承力盘承担并向下传递到桩端, 桩端土体被压实, 此时挤扩支盘灌注桩达到了自身的极限承载力[9]。如果继续增加桩顶荷载, 则该试桩就会由于桩顶沉降量超过规范规定而被认为达到了破坏状态。
3结论
挤扩支盘桩灌注桩是一种异型桩, 其承载力及变形特性的研究比等截面桩要复杂得多。基于静荷载试验及现场测试的数据, 研究了该桩型的极限承载力及其沉降变形特性, 为该桩型在湿陷性黄土地区的应用提供了一定的依据。
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