湿陷性黄土地区地基基础加固和建筑物裂缝防治

2022-09-11

近年来, 我国经济社会发展迅速, 人民生活水平有了显著的提高, 住房成为了刚性需求。从理论上来说, 湿陷性黄土地区不适宜进行房屋建设, 原因在于湿陷性黄土受到水的侵蚀后结构容易发生改变, 会使建筑物产生地基沉降和结构裂缝。然而, 随着城市化进程的不断加快, 土地资源持续减少, 在湿陷性黄土地区进行房屋建设已经十分普遍, 但是, 湿陷性地区的土壤结构复杂, 如果在房屋建设的过程中未能充分了解黄土湿陷变形的性质, 且地基处理和防水措施没有做到位, 不但会影响建筑物的使用功能, 还会降低建筑结构的安全性。因此, 在湿陷性黄土地区进行房屋建设必须做好地基基础的加固, 并对已经发生的建筑物裂缝进行有效的防治, 避免结构病害的进一步扩大。

1. 湿陷性黄土概述

所谓湿陷性黄土是指在一定的压力作用下, 土壤一旦受到水源的浸湿会造成结构破坏, 从而产生显著附加下沉的黄土。与其它土质相比, 湿陷性黄土的饱和程度较低, 不够密实, 在湿度较低的状态下, 压缩性较低, 但强度较高, 而一旦受到水源的浸湿, 土壤强度便会显著降低, 从而在自身重力或者是外部附加力的作用下引发湿陷变形。由此可见, 湿陷性黄土地区的结构不稳定, 不适合进行房屋建设。如果非要在该土壤类型之上建设房屋, 则必须要做好地基基础的加固工作以及防水、排水工作, 从而将湿陷危害降至最低。

2. 湿陷性黄土地区工程实例

2.1 工程概况

某住宅小区位于湿陷性黄土地区, 2015年, 该小区内的15号楼出现了墙体开裂, 裂缝约为13~17cm, 部分居民家的门窗边框发生了严重变形, 地基下沉约9cm。墙体裂缝呈“八字型”, 主要分布在墙角、楼梯间等部位, 明显是由地基不均匀沉降所造成。通过工作人员的具体勘测, 该小区的地基土工程性质如表1所示:

2.2 湿陷性黄土地基发生原因分析

导致湿陷性黄土的湿陷发生的原因主要有管道漏水、路面积水、居民日常生产生活用水渗入地下、地下水位上升等等。与其它土质相比, 黄土有着独特的结构特征, 一旦受到水的侵湿, 结合水膜增厚楔入颗粒之间, 结合水连接消失, 会降低骨架的强度, 在此条件下, 通过土体的自重应力及附加力综合作用, 会导致土粒向大孔滑去, 颗粒间隙也会随之减少, 黄土原有的结构被破坏, 从而导致地基下沉。影响黄土结构特点的因素有很多, 比如黄土中胶结物的成分、颗粒的组成和分布等等。根据发生原因的不同, 湿陷性黄土的湿陷可以分为两种, 其一是自重湿陷性黄土, 其二是非自重湿陷性黄土。前者是因为自重应力导致的湿陷, 后者是因为在自重应力下受水侵蚀后发生湿陷。通过调查发现, 该小区所处地区为湿陷性黄土地区, 小区内的地表水疏导和排放水措施不到位, 在建设过程中未采取必要的地基处理和防水措施。此外, 该小区存在大挖大填活动, 且未采取必要的疏排措施。在以上因素的共同作用下, 造成了该小区地基基础的沉降以及建筑物裂缝。

2.3 湿陷性黄土地基的处理方法

湿陷性黄土地基的处理方法比较多, 采用何种方法需要根据湿陷性黄土地基的实际情况进行选择。湿陷性黄土地基的处理方法主要有以下几种:

2.3.1 土垫层和灰土垫层、砂垫层和砂石垫层

土垫层和灰土垫层的施工工艺如下:首先, 需要将地基下需要处理的湿陷性黄土挖出, 并就地取材, 将基坑内或者是刚刚挖出的黏土作为填料。其次, 将灰土过筛, 并搅拌均匀, 然后利用相关设备进行分层回填工作。需要注意的是, 在进行分层回填时必须要找到最佳的下分层回填位置, 以确保回填质量。在回填过程中要准确把握回填层中消石灰和土的体积配合比, 2:8或者是3:7最为合适。

在具体的施工过程中, 有时需要对湿陷性黄土进行清理, 此种情况需要采用局部土垫层的处理方法, 如果还要求加强垫层土的承载力并增强水的稳定性, 需要采用整片灰土垫层处理的方式。该施工程序的施工质量需要达到以下要求:土或者灰土垫层≤3m时压实系数λc要≥0.95;土或者灰土垫层>3m时, 超过3m部分的压实系数λc要≥0.97。

在施工现场, 土或者是灰土垫层的承载力特征值需要根据原位实验进行确定, 如果缺乏必要的实验资料, 则土垫层和灰土垫层的压实系数分别满足≤180k Pa和≤250k Pa即可。

2.3.2 强夯法

在地下水位以上, 且Sr≤60%的湿陷性黄土比较适合用强夯法, 处理方式为局部处理或者是整片处理, 黄土层厚度大约为3.5~13m。土的天然含水量应该略低于塑限含水量, 幅度约为1%~3%。该方法的核心内容是根据土壤含水量的不同适当的增加或降低含水量。比如, 当拟夯实土层内含水量大于塑限含水量的3%时需要采取相关的措施降低含水量;反之, 如果土的天然含水量小于10%时, 则需要对土壤进行增湿。

在采用强夯方法之前, 需要在施工现场选择合适的地段进行实验性的施工, 以充分掌握土的干密度、压缩系数、湿陷系数等指标, 并根据这些指标确定最终的地基施工方案。夯击能的确定需要参考具体的施工设备、湿陷性黄土的厚度、具体的施工要求、黄土层形成的年代等因素。

2.3.3 挤密法

与强夯法相同, 挤密法也适用于地下水位以上的湿陷性黄土地基处理。处理的厚度约为5m~15m, Sr≤65%。挤密法同样需要在施工现场选取合适的地段进行试验性的施工, 目的是为了获取相关的参数, 避免在整体施工时出现各种问题。实验性施工的地段必须要有代表性, 且实验过程和最终的实验结果必须符合设计要求。采用挤密法是否需要钻孔需要根据挤密的深度进行确定, 参数为12m, 深度如果超过这一数值便需要钻孔。挤密填料孔的直径以0.5m~0.6m最佳, 在布置孔位时可选用正三角形的形式, 填料以素土或者是灰土为主, 根据施工现场的实际情况, 还可添加强度较高的材料。填料前需夯实孔底。

针对已经投入使用的房屋建筑, 一旦发生湿陷需要对地下的空洞采取有效的封堵措施, 防止空洞在地下水流的作用下进一步扩大。灰土挤密桩封堵法比较适合此种情况的空洞封堵工作。封堵范围要大于洞体结构, 在洞体的两侧各外延1m。封堵的沉桩深度要大于9m, 桩间距约为45cm, 成孔孔径为16~21cm。

2.3.4 预浸水法

预浸水法适用于湿陷等级为三级或者四级的自重湿陷性黄土湿陷, 预浸水法的优势在于可将距离地面6m以下的湿陷性黄土层的湿陷性进行彻底消除。与其它方法一样, 预浸水法同样需要进行浸水实验, 以确定浸水的时间、耗水量以及湿陷量。采用预浸水法需要满足以下条件:首先, 浸水坑边缘与建构物的距离要适中, 防止浸水对附近的建构物的稳定性造成威胁。其次, 浸水坑的边长不得大于发生湿陷性危害的黄土层的厚度。最后, 浸水坑的水头高度要适宜。

2.3.5 桩基

桩基适合湿陷性黄土层厚度在10m以上的湿陷性黄土地区的地基处理, 特别是建构物的高度较高或者是对整体建构物倾斜程度、不均匀沉降有严格要求的工程。桩基的施工工艺如下:桩基需要穿透湿陷性黄土层, 在自重湿陷性黄土层和非自重湿陷性黄土层中, 桩基需要选择不同的桩端支撑点, 前者选择较为坚硬的岩石或者土壤层中, 后者需要选择压缩性相对较低的黄土层中。由于不同项目工程的施工条件、场地湿陷类型、周围环境、湿陷性黄土层厚度等情况不同, 因此在选择桩的类型时需要综合考虑这些因素。

3. 湿陷性黄土地基上建筑物沉降裂缝产生的原因及防治措施

3.1 湿陷性黄土地基上建筑物沉降裂缝产生的原因

湿陷性黄土地基上的建筑物容易产生沉降裂缝危害, 原因主要有以下几个方面:其一, 建筑物所在地区的地表水疏导和排放水措施不到位。有些建筑物所处的区域地表水十分丰富, 如果在建设过程中没有充分考虑到水源对房屋建筑地基的影响, 在建筑物投入使用后其地基可能会因为雨水的冲刷而在地下形成大范围的空洞, 导致地表塌陷, 而这些空洞就是造成建筑物结构裂缝的主要原因。此外, 自来水管的爆裂漏水也会对建筑物的地基造成不良影响, 从而诱发地基不均匀沉降、房屋开裂等危害。其二, 建筑工程施工中缺乏对湿陷性黄土地基的合理控制措施。在房屋建设过程中, 囿于各种因素的影响, 施工方对湿陷性黄土地基处理的措施不到位, 致使黄土的湿陷性未能完全消除, 或者是已经投入使用的房屋建筑没有进行科学合理的地基处理或缺乏有效的防水措施, 从而影响建筑结构的安全, 导致房屋建筑无法正常使用。如果建筑物的湿陷性黄土地基长期受到水的侵蚀, 势必会造成建筑物开裂、地基下沉等结构病害。其三, 建筑物的填土地基质量差在填土过程中, 填土施工工艺及施工质量也是影响湿陷性黄土地区房屋建筑地基稳定性及建筑总体质量的重要因素。如果填土不均匀, 或者是压实质量不能满足施工需求, 会为建筑物发生地基沉降或者产生结构裂缝埋下安全隐患。加之人类活动的影响, 会对建筑物周边的地表水和地下水径流产生一定的破坏, 比如, 人类对建筑物周边区域进行挖掘、回填工作时, 如果对该区域内的水流缺乏合理的控制, 会导致地表水和地下水的长期下渗, 从而使建筑结构的黄土地基发生湿陷变形, 最终导致房屋建筑地基的沉降和建筑裂缝。

3.2 沉降裂缝的防治措施

从根本上来说, 沉降裂缝最好的防治措施是在房屋建筑过程中对地基进行加固, 除此之外, 还需要做好以下几个方面的工作:首先, 在设计过程中把建筑结构的刚度设计得稍微小一点, 以便在地基发生变形时房屋结构能够适应。常用的设计方法主要有采用柔性基础、在建筑物的相关部位设置沉降缝和后浇带等等。柔性基础主要包括钢筋混凝土条形基础、整体片筏基础等等。其二, 要增加建筑物的整体性和刚度, 目的是为了使建筑物的基础以及上层结构能够承受地基沉降产生的内力, 从而有效避免结构裂缝的产生。其三, 对施工过程进行合理的控制。结构裂缝产生的原因较多, 除了地质、土壤因素之外, 施工工艺不准确、施工技术落后、施工材料质量不合格等都是造成房屋结构裂缝的重要原因, 因此, 施工单位必须要加强对施工过程的管理, 避免因人为因素造成房屋结构的结构裂缝。其四, 及时修补结构裂缝。一旦发现房屋结构产生了结构裂缝, 要及时的进行修补工作, 防止裂缝的进一步扩大或引发其它结构病害。裂缝的修补方法主要有表面修补法、灌浆法、结构加固法、基础加固及地基处理等方法, 具体采用何种方法需要根据建筑物沉降裂缝的具体情况来决定。

4. 结语

综上所述, 湿陷性黄土的湿陷发生会造成地基的沉降及结构裂缝的产生, 给建筑工程质量带来严重的不良影响, 甚至会威胁到居住者的生命安全, 因此, 在湿陷性黄土地区施工必须要充分掌握湿陷性土壤的结构特点, 在地基施工时做好必要的地基加固和水源疏排措施, 防止水源浸湿湿陷性黄土造成地基的沉降及结构裂缝的产生。此外, 针对已经投入使用的房屋建筑, 要做好维护措施, 防止人为的大挖大填活动造成地表水和地下水的渗漏, 从而对房屋建筑的地基结构产生不良影响。

摘要：湿陷性黄土地区的地基基础施工是建筑行业的一个难点, 湿陷性黄土地区的地基受到水的侵蚀之后会造成地基沉降及结构裂缝。如果在施工过程中缺乏必要的地基基础加固措施或者是防水排水措施, 一旦地基受到水的浸湿, 会造成严重的工程质量问题。本文将结合工程实例详细介绍湿陷性黄土地区地基基础加固及建筑物裂缝防治的具体方法。

关键词：温陷性黄土地区,地基基础加固,建筑物裂缝防治