新技術IDITI 法濕陷性黃土地基處理的應用

黎   明

陜西省建筑科學研究院

一、引言

    黃土和黃土狀土在我國大陸約占63.5萬km2的面積,其主要分布在西北,其次為華北平原及東北的南部地區。黃土濕陷變形的結構理論認為,黃土中的粘  膠微粒和碳酸鈣凝聚成的集粒和微碎瑣礦物共同組成許多架空結構和孔隙,顆粒間的連接剛度和強度均較小,在外荷和浸水情況下發生變形和潰散,顆粒發生新的配位和排列,從而發生不同程度的濕陷變形。

二、濕陷性黃土地基的處理

    1、處理技術

    黃土地基的處理一般包括:高濕度(Sr>70%)軟弱黃土以提高地基承載能力和減少有害壓縮變形為目的的處理以及低濕度濕陷性黃土(自重濕陷性黃土)以消除或減少濕陷變形危害為目的的處理。對于濕陷性黃土的地基處理方法可以采用墊層法、擠密法、強夯法、預浸水等方法處理。對于以上的處理方法都是放棄利用地基原有高強度和低壓縮性的特性,使基礎下的黃土結構先破壞(夯、擠、濕)、再變密。

    2、IDITI法

    傳統的濕陷性黃土地基處理技術都是以犧牲黃土層在天然濕度條件下的高強度和低壓縮性這一優勢為前提。在2008年，西安理工大學邵生俊[1]等人針對深厚濕陷性黃土地基處理提出的一種新的綜合整治技術，即IDITI法，是其主導思想為：淺層阻水(impedance)；淺層排水(drainage)；淺層防水(interdiction)；封閉截水(truncation)；深層導水(infiltration)，所以簡稱

    IDITI法。這種方法可以有效的阻止下滲水分并能誘導水分沿著砂井下滲，是處理濕陷性黃土路基的有效方法，其原理可以參見圖1。

    淺層阻水，即在路基下設置密實度高滲透性低的人工土層，淺層采用厚度為30 cm的2：8灰土，壓實系數O．93。

    淺層排水，即在人工密實土層下設置粗粒土層，采用厚度為30 cm的砂卵石，如果上部有水浸入，則利用淺層排水層滲透性強的這一性能進行排滲。

    淺層防水，即在排水層下面設置人工填筑層，具有高承載力，低透水性，消除濕陷性淺層防水層可以防止下滲的水分進入濕陷性黃土層，同時防水層還起著載荷的作用。淺層防水層采用厚度為80 cm的2：8灰土，壓實系數0．93。

    封閉截水墻采用厚度為80 cm的2：8灰土，壓實系數0．93，深度620 cm，直接作用在非濕陷性黃土層。封閉截水墻可以防止外圍地表水、地下水的浸入，也可以保持截水墻內部濕陷性黃土的原狀，避免出現濕陷等破壞。深層導水砂井直徑為80 cm，位于封閉截水墻的外圍，砂井穿透整個濕陷性土層，深入到非濕陷性土層區域。

    深層導水，即加強黃土地層豎向的排水能力，在地基土外層設置豎向砂井，可以將排水層排出的自由水通過豎向砂井引入濕陷性土層下覆蓋層，然后逐漸轉移。砂井兩側滲漏水可以通過砂井進入非濕陷層。

    3、IDITI法分析和評價

    為了驗證IDITI法在工程上的可行性及技術上的可靠性，西安理工大學邵生俊等人在蘭州市七里河區進行了現場實驗研究，該實驗場地開闊平整，屬典型的濕陷性黃土地層，泓陷層厚度7.60 m，場地平面布置圖見圖2，剖面圖見圖3。

    為了模擬路基在長期降水的影響下IDITI法的阻水效果，場地選擇了長8.60 m，寬7.00 m的一塊甲地模擬路面，在處理完路基后采用了一次加荷分期加水的試驗，現場觀測沉降量并測定加荷、加水前后密度、含水量的變化。

    為了評價IDITI法的處理措施，邵生俊[1]等人還采用數值模擬分析的途徑考察了其有效性，建立模型，進行滲流分析，觀察土性參數的變化趨勢，模擬了連續多日強降雨條件下降雨入滲的情況，雨量通過人工模擬加入試驗場所，將自來水通過管道加入I、II區，初期水位下降較快，隨著入滲量的減小，兩側的加水量也逐步減少。每天保持有一定的水位，以便滲水能夠完全浸入，連續加水3d后停止注水。

    從數值計算和試驗數據分析顯示[1]，“淺層排水”層，能夠很好的將滲入該層的自由水擴散。同時，沿地基四周內鋪設的砂卵石，可以將下覆的防水墊層截留的自由水引到砂井。砂卵石層和排水砂井將上部入滲的自由水經由砂卵石層排向排水砂井，起到了“淺層排水”的目的。由“封閉截水”體系，形成的封閉截水“帽子”，成功的阻止了外圍自由水滲入“帽子”內的原狀黃土體。位于截滲墻外圍，穿透整個濕陷性黃土地層，深入到非濕陷性土層的“深層導水”砂井，起到了很好的導水作用。

三、結語

    濕陷性黃土地基的處理，應該根據工程本身的特點以及自然條件的限制，采取適當的處理措施，從經濟合理、技術可行等方面制定和選擇對應的處理方法，已達到消除或降低濕陷性的目的。IDITI法作為深厚濕陷性黃土路基的處理新技術，可以有效的阻止下滲水分并能誘導水分沿著砂井下滲；長期降雨或地面浸水會使地基中的毛細管效益加強，體積含水量增加，砂井起著重要的“輸水”作用。但是由于相關研究剛剛起步，目前還在理論研究和實驗研究階段，缺少實際工程的成熟經驗，有待進一步完善和豐富。

參考文獻：

[1]邵生俊.濕陷性黃土地基綜合處理新技術的現場試驗與效果分析[J].巖土力學，1000-7598-(2008)增刊-593-05.

[2]白曉紅.幾種特殊土的工程特性及地基處理[J].工程力學，2007，24(S2)：83-98．

[3]王銀梅.濕陷性黃土地基處理新途徑的探討[J]，中國地質災害與防治學報，2008年12月，第19卷第4期

[4]杜明芳，杜偉鵬.PHC管樁在濕陷性黃土地基中的使用效果評價[J].鄭州大學學報(工學版)，2012年第33卷9月第5期：1671—6833(2012)05—0045—04

[5] 張顯達,華開成, 李京榜. 濕陷性黃土地基處理方案的選擇[J]. 科技探索, 2013(19)：1007-0745（2013）10-0187-01

(本文來源：陜西省土木建筑學會     文徑網絡：雷丹 尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)