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则湿陷性愈强

2019-03-31 13:08

我国是世界上黄土分布面积最大的国家,在黄土地区修筑铁路、公路或进行其它工程建筑,经常会遇到黄土的湿陷性问题,建筑在湿陷性黄土地基上的桥涵,尤其是部分小桥涵,由于种种原因导致基底进水,触发了黄土湿陷,从而导致桥涵不均匀沉陷以致结构破坏是屡见不鲜的。因此,必须查清建筑地区黄土是否具有湿陷性及湿陷性的强弱,以便有针对性地采取相应措施。

湿陷性黄土不仅具有湿陷性,而且有直立性、膨缩性、崩解性、难压实、受含水量影响比较大等特点。在天然含水量状态下,湿陷性黄土具有较高的强度和较小的压缩性,能支撑垂直边,天然陡壁多呈近90°的边坡,即具有直立性。膨缩性是指湿陷性黄土遇水膨胀,干燥后收缩,多次反复形成裂纹并剥落,影响路基稳定。所谓崩解性指湿陷性黄土浸入水中,很快就会崩解,进而影响路基强度和稳定。由于湿陷性黄土最大干密度、最佳含水量较高,较难达到规范要求的碾压密实条件。湿陷性黄土对含水量影响相当敏感,含水量小,则容易扬尘。含水量大于最佳含水量,则容易翻浆,适宜压实的含水量为最佳含水量的+0.5%~-2%。

一、研究背景

所谓的湿陷性是指黄土在自然状态下受到地表水的侵蚀,黄土中的易溶盐类(如碳酸盐等)溶解,颗粒间的胶合作用力遭到破坏,土粒在水中悬浮。再次沉积过程中,土粒碰上已沉积的土粒时,由于它们之间的相互引力大于其重力,土粒就停留在最初的位置上不再下沉,形成蜂窝状结构。该结构为水的进一步侵蚀创造了条件,使空隙之间连通、扩展,形成大孔隙、陷穴。在外荷载作用下,土体结构遭到破坏,发生大量而剧烈的变形,强度也随之降低。

黄土湿陷又分在自重压力下发生的自重湿陷和在外荷载作用下发生的非自重湿陷。非自重湿陷比较普遍,对工程建筑的重要性也较大。黄土是否具有湿陷性,应按室内压缩试验判定,即在一定压力下测定其湿陷系数δs,当δs≥0.015时,认为该黄土为湿陷性黄土;当δs0.015时,则为非湿陷性黄土。对湿陷性黄土,根据基底下各土层累计的总湿陷量和计算自重湿陷量的大小等因素,又分为i级(轻微)、ⅱ级(中等)、ⅲ级(严重)和ⅳ级(很严重)。湿陷等级愈高,对结构的负面影响愈大。天然条件下,黄土被浸湿有两种情况,一是地表水下渗,另一是地下水位升高,一般前者引起的湿陷性要强些。黄土湿陷量的大小与黄土的地质年代、成因、矿物(包括粘土矿物)成分、粘度结构、受水浸湿程度、湿陷性黄土厚度有关。通常,黄土的天然含水量愈小,所含可溶盐特别是易溶盐愈多,孔隙比愈大,干容重愈小,则湿陷性愈强。

我国黄土分布面积约64万km2,广泛分布于西北、华北、山东、内蒙及东北等地区,主要分布于黄河中游的陕、甘、青及山西、河南等地,这些地区黄土分布面积广,厚度大,地层发育全面而连续,有黄土高原之称。各地区黄土厚度不同,以黄土高原厚度最大,陕甘地区黄土厚达100~200m,其它地区黄土厚度一般从几米到数十米,很少超过30m。并非所有黄土都具有湿陷性,我国湿陷性黄土一般分布在中更新世(q2)上部、晚更新世(q3)及全新世(q4)等地层中。一般老黄土(午城黄土及离石黄土大部)无湿陷性,而新黄土(马兰黄土及新近堆积黄土)及离石黄土上部有湿陷性。因此,湿陷性黄土多位于地表以下数米至十余米,很少超过20m厚,在这一带地区及土层中修建工程建筑物,就应充分考虑湿陷性的影响,尤其是湿陷性黄土作为桥涵建筑物地基,严重影响工程建筑物的正常使用和安全,能使建筑物开裂甚至破坏。

尽管桩基设计及施工在世界范围内发展迅速,然而由于现在对桩的承载能力要求的不断提高,随之也出现了一些问题,比如较为严重的黄土湿陷,桥梁设计规范中一直没有明确的设计要求,而我国现在正在进行西部大开发,因此湿陷性黄土地区桩基的设计问题成为迫切需要解决的问题。

随着现代结构工程的发展,桩的应用规模在不断扩大,桩型及桩的施工工艺也在不断推陈出新、千变万化,量变的结果导致了质变,无论是在桩基的有关理论概念上抑或是桩的效用上都产生了许多实质性的变化,桩的应用及成桩工艺比过去更为多样化和复杂化。


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