粉噴樁在濕險(xiǎn)性黃土地區(qū)的應(yīng)用研究

1、<p>　　粉噴樁在濕險(xiǎn)性黃土地區(qū)的應(yīng)用研究</p><p>　　黃土是一種產(chǎn)生于第四紀(jì)地質(zhì)歷史時(shí)期干旱條件下的沉積物，外觀顏色較雜亂，主要呈黃色或褐黃色，顆粒組成以粉粒（0.075～0.005mm）為主，同時(shí)含有砂粒和粘粒。一般情況下，具有天然含水量的黃土，如未受水浸濕，其壓縮性較小，強(qiáng)度較高，是良好的天然地基，但有些黃土在一定壓力下如受水浸濕，則土的結(jié)構(gòu)迅速受到破壞，同時(shí)產(chǎn)生顯著地附加下沉，強(qiáng)度也迅

2、速降低，后者這類黃土就是濕險(xiǎn)性黃土?？梢愿鶕?jù)濕陷系數(shù)δs來(lái)判別黃土的濕險(xiǎn)性，當(dāng)δs<0.015時(shí)為非濕險(xiǎn)性黃土；δs ≥0.015時(shí)為濕險(xiǎn)性黃土。非濕險(xiǎn)性黃土地基的設(shè)計(jì)與施工與一般粘性土地基相同，一般對(duì)建筑物影響不大，不需作地基處理。本文討論的是與工程建設(shè)關(guān)系密切的濕險(xiǎn)性黃土。 </p><p>　　一、濕險(xiǎn)性黃土地區(qū)工程建設(shè)中遇到的地基問(wèn)題 </p><p>　　濕險(xiǎn)性黃土的的分布

3、面積約占我國(guó)黃土總面積的60%左右，在黃河中游地區(qū)，北起長(zhǎng)城附近，南達(dá)秦嶺，西自烏鞘嶺，東至太行山，除河流溝谷切割地段和突出的高山外，遍布這些地區(qū)的幾乎都是濕險(xiǎn)性黃土，面積達(dá)27萬(wàn)平方公里。濕險(xiǎn)性黃土的最大特點(diǎn)就是產(chǎn)生濕陷變形，濕陷等級(jí)越大，濕陷變形越大。濕險(xiǎn)性黃土為什么會(huì)產(chǎn)生濕陷變形？究其原因有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。內(nèi)因即這種黃土的結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)組成，外因則指這種黃土是否受水浸濕和是否有荷載作用而言。在這些原因影響下，濕險(xiǎn)性黃土產(chǎn)生的濕

4、陷變形主要就是由粘土顆粒在欠壓密狀態(tài)下形成的高孔隙結(jié)構(gòu)，在受水和力的作用下，發(fā)生突發(fā)性、不連續(xù)性、不可逆性的失穩(wěn)破壞。這種破壞有兩個(gè)顯著的特征：其一是變形量大，常常超過(guò)正常壓縮變形的幾倍甚至幾十倍；其二是發(fā)生快，一般在浸水1～3小時(shí)就開(kāi)始濕陷。就一般的濕陷事故而言，往往在1～2天內(nèi)就可能產(chǎn)生20～30cm的變形量，這種量大、速度快并且又不均勻的變形給建筑物造成的后果往往很嚴(yán)重，案例比比皆是。 </p><p>　

5、　案例一：太原市經(jīng)園路東郝莊鄉(xiāng)私營(yíng)經(jīng)濟(jì)園內(nèi)一車間，框架結(jié)構(gòu)，附有其他建筑物，其下地基為自重濕險(xiǎn)性場(chǎng)地，采用強(qiáng)夯進(jìn)行地基處理，于2000年完工并投入使用。3年后若干建筑物墻體出現(xiàn)裂縫，車間內(nèi)裂縫尤為明顯，屋頂圈梁拉裂，為地基土產(chǎn)生不均勻濕陷變形（超過(guò)強(qiáng)夯的影響深度）所致。 </p><p>　　案例二：西安東郊某醫(yī)藥公司住宅樓，勘察時(shí)（1998年）確定為非濕險(xiǎn)性場(chǎng)地，地基及建筑物完工后被核定為省級(jí)優(yōu)良工程，在使用中

6、卻發(fā)生整體傾斜。事后重新勘察發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地為濕險(xiǎn)性場(chǎng)地，傾斜為濕陷變形不均勻所致。 </p><p><b>　　等等。 </b></p><p>　　二、粉噴樁的處理原理 </p><p>　　從上邊的案例可以看出，濕險(xiǎn)性黃土地基處理的目的是通過(guò)相應(yīng)的地基處理方法消除全部地基土的濕險(xiǎn)性，或消除地基土的主要部分的濕險(xiǎn)性。針對(duì)前者，不必再考慮其他的措施

7、，而對(duì)后者，在地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該考慮防水和結(jié)構(gòu)措施。那么，粉噴樁能否部分或完全消除濕險(xiǎn)性黃土地基的濕險(xiǎn)性么？ </p><p>　　粉噴樁即粉體噴射攪拌樁，處理地基土形成的是復(fù)合地基，即形成由粉噴樁增強(qiáng)體和天然土體合二為一的具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。這種樁體屬于深層攪拌法加固地基方法的一種形式，也叫加固土樁，利用水泥、石灰等粉狀材料作為固化劑，通過(guò)特制的攪拌機(jī)械就地將軟土和粉體狀粉體狀強(qiáng)制攪拌

8、，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理——化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)。針對(duì)濕險(xiǎn)性黃土地基，其處理原理如下（工程上使用水泥粉體居多）： </p><p>　　1、水泥的水解水化反應(yīng) </p><p>　　普通硅酸鹽水泥中含有不同的水泥礦物，主要有硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等，將水泥拌入有一定含水量的濕險(xiǎn)性黃土中后，水泥中的這些礦物很快與土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、水化

9、硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣等化合物，反應(yīng)過(guò)程如下： </p><p>　?。?）硅酸三鈣（3CaO﹡SiO2）在水泥中含量最高，是決定加固效果的主要因素： </p><p>　?。?）硅酸二鈣（2CaO﹡SiO2）在水泥中含量較高，是產(chǎn)生后期強(qiáng)度的主要因素： </p><p>　　（3）鋁酸三鈣（3CaO﹡Al2O3）占水泥重量的10%，水化速度最快，促進(jìn)早凝：

10、 </p><p>　　（4）鐵鋁酸四鈣（4CaO﹡Al2O3﹡Fe2O3）占水泥重量的10%左右，能促進(jìn)早期強(qiáng)度： </p><p>　　2、粘土顆粒與水泥水化物的作用 </p><p>　　濕險(xiǎn)性黃土中含有大量的粘土顆粒，這些粘粒與水泥水化物會(huì)產(chǎn)生下邊的作用： </p><p>　?。?）、離子交換和團(tuán)粒化作用 </p>&

11、lt;p>　　這些粘土顆粒和水結(jié)合時(shí)就會(huì)表現(xiàn)出膠體特征，主要是顆粒中含有的礦物——二氧化硅遇水后，形成硅酸膠體微粒，其表面帶有鈉離子 或鉀離子 ，它們能和水泥水化生成的鈣離子 進(jìn)行當(dāng)量吸附交換，使較小的土顆粒形成較大的土團(tuán)粒，并且水泥水化生成的凝膠粒子，其比表面積比原來(lái)水泥顆粒的大1000倍，能產(chǎn)生很大的表面能，有強(qiáng)烈的吸附活性，能使較大的土團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)，形成水泥蜂窩結(jié)構(gòu)，并封閉各土團(tuán)粒之間的空隙，形成堅(jiān)固的聯(lián)結(jié)，從而使土體

12、的強(qiáng)度大大提高。 </p><p><b>　?。?）凝硬反應(yīng) </b></p><p>　　在水泥水化反應(yīng)中，析出大量的鈣離子，其數(shù)量超過(guò)上述離子交換的數(shù)量后，則在堿性的環(huán)境中，能使粘土顆粒中含有的礦物——二氧化硅及三氧化二鋁的一部分或大部分與鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物： </p><p>　　這些新生成的化合物逐漸硬

13、化，增大了地基土與水泥形成的粉噴樁的強(qiáng)度，而且由于其結(jié)構(gòu)比較致密，水分不易侵入，從而使粉噴樁具有足夠的水穩(wěn)定性。 </p><p><b>　　3、碳酸化作用 </b></p><p>　　水泥水化物中游離的氫氧化鈣，能吸附水中和空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化反應(yīng)： </p><p>　　生成不溶于水的碳酸鈣，能使粉噴樁的強(qiáng)度增強(qiáng)，但增強(qiáng)的速度較

14、慢，幅度也較小。 </p><p>　　從水泥粉體與粘土顆粒的反應(yīng)能看出，用粉噴樁處理濕險(xiǎn)性黃土地基，能改變土體的孔隙結(jié)構(gòu)，使土體結(jié)構(gòu)致密，從而全部或部分消除其濕險(xiǎn)性。 </p><p>　　三、粉噴樁在濕險(xiǎn)性黃土地區(qū)的工程應(yīng)用及處理效果 </p><p>　　粉噴樁對(duì)濕險(xiǎn)性黃土地基進(jìn)行加固，全部或部分消除其濕險(xiǎn)性，通過(guò)大量的工程應(yīng)用表明，均可取得較好的效果，并且該

15、方法還具有處理效果好、成本低、施工速度快、無(wú)振動(dòng)、對(duì)環(huán)境也無(wú)污染等特點(diǎn)。 </p><p>　　實(shí)例1、西安市南郊某單位辦公樓總建筑高度45m，采用條形基礎(chǔ)，地基土為含水量較高的濕險(xiǎn)性黃土，壓縮性高，強(qiáng)度低，根據(jù)自重濕陷量和總濕陷量判定為嚴(yán)重濕陷場(chǎng)地，研究采用粉噴樁進(jìn)行地基處理。樁長(zhǎng)8m，樁徑500mm，樁距1.4m，三角形布樁，置換率11.7%，場(chǎng)地布樁811根。處理后測(cè)定復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為243Kpa，變

16、形模量Eo>18Mpa，地基土范圍內(nèi)的濕險(xiǎn)性已全部消除。 </p><p>　　實(shí)例2、臨汾運(yùn)輸集團(tuán)公司51#、52#住宅樓地基土為中等濕險(xiǎn)性場(chǎng)地，含水率15%，經(jīng)采用粉噴樁處理地基土，處理深度6.8米，已完全消除地基土范圍內(nèi)的濕險(xiǎn)性。 </p><p>　　實(shí)踐表明，粉噴樁處理濕險(xiǎn)性黃土地基，只有當(dāng)土的含水量在塑限（即20%）以上，水泥粉摻入量不低于15%，一般為18%～20%時(shí)，

17、才能達(dá)到好的處理效果。 </p><p>　　四、施工中要重視的問(wèn)題 </p><p>　　粉噴樁在處理濕險(xiǎn)性黃土地基時(shí)，對(duì)土的含水量和水泥的摻入量是有要求的，同時(shí)還要認(rèn)真做到切實(shí)保證施工質(zhì)量。另外，在確定粉噴樁的處理厚度和場(chǎng)地的外放尺寸時(shí)，一定要在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算來(lái)確定，否則水可能會(huì)從側(cè)向流入地基下部，導(dǎo)致基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和處理后的地基一起下沉。 </p><p

18、>　　為了保證粉噴樁處理的效果，還要注意在勘察階段做好充分準(zhǔn)備工作。若勘查手段選用不當(dāng)，勘探深度、間距考慮欠妥就會(huì)導(dǎo)致場(chǎng)地濕陷性類型、地基濕陷等級(jí)以及濕陷層深度判定失實(shí)，從而影響設(shè)計(jì)方案的確定，進(jìn)而可能直接影響到整體的處理效果。特別是當(dāng)黃土層中有呈透鏡體或呈夾層分布的粗粒土如碎石層、砂層而漏探時(shí)，地基一旦浸水將會(huì)加重地基濕陷的危害性。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b>