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【摘 要】 本文主要针对大厚度湿陷性黄土场地高层建筑采用钻孔灌注桩基础时，为满足黄土规范关于处理湿陷性的要求，从湿陷性黄土地区地基处理的一般原则入手，从勘察、设计、检测、变形观测等几个角度探讨采用素土挤密桩预处理的可行性。
【关键词】 自重湿陷性黄土场地;处理原则;预处理;地基处理方法
一、前言
在高层建筑的施工中，由于建筑物所处场地岩土工程条件的不同，设计对地基的处理方法也是各有不同的。在我国广大的西北地区分布的大厚度湿陷性黄土场地，多具有自重湿陷的特性。按照《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）的要求，对于此类场地上的甲类建筑，应消除地基的全部湿陷量或采用桩基础穿透全部湿陷性土层，或将基础设置在非湿陷性黄土层上。
本文将就此问题，以工程实践中的实例，来探讨大厚度湿陷性黄土场地上高层建筑的地基处理方法。
二、湿陷性黄土地区地基处理的一般方法
我国是世界上黄土分布最广泛的国家之一，其中约占四分之三的黄土，为湿陷性黄土。其最主要的特性是受水浸湿后，在土的自重压力或自重压力与附加压力共同作用下，产生大量而急剧的沉陷，给建（构）筑物带来不同程度的危害，使建（構）筑物大幅度沉降、坼裂、倾斜，严重影响其安全和使用。鉴于湿陷性黄土的这种特性，在该地区建筑物的设计及施工中，必须采用合理的基础型式或消除湿陷的地基处理方式，才能满足建筑物的使用要求。
1、影响湿陷性黄土地区的地基的主要因素
在对湿陷性黄土地区的地基进行处理时，要考虑的因素有很多，通常，我们把以下几个方面作为主要参考点：
（一）地域性的差别，不同地域黄土的湿陷性、湿陷敏感程度、土层的承载能力、压缩性、均匀性等都有很大的差异。
（二）建筑物的用途、建筑物内用水量的大小及地表用水渗入地基的可能性等。
（三）建筑物施工时用料和施工条件，以及施工经验。
（四）建筑物的重要程度，是属于湿陷性黄土场地的甲类、乙类还是丙类建筑等，建筑物结构对由于黄土的湿陷性造成的地基不均匀下沉的适应能力。
2、湿陷性黄土地区的地基处理方法
在湿陷性黄土地区，国内外使用较多的地基处理方法有：重锤表层夯实、强夯、换土垫层、挤密桩复合地基、预浸水、爆扩桩、化学加固和桩基础等。近年来，孔内深层强夯法、复合载体夯扩桩等也得到推广使用。目前我国以重锤表层夯实、土（或灰土）垫层、强夯、深层孔内夯扩、挤密桩复合地基、桩基础应用较多。
三、湿陷性黄土场地高层建筑地基处理原则
在自重湿陷性黄土场地，建筑物地基处理的深度由剩余湿陷量控制，对于甲类建筑（一般高度大于60m的高层建筑均属此类），要求处理全部湿陷性黄土层或采用桩基础穿透全部湿陷性土层，或将基础设置在非湿陷性黄土层上。
而对于大厚度湿陷性黄土地基，采用桩基础时，规范要求在湿陷性土层范围内的桩身应考虑桩侧负摩擦力的影响，为满足单桩承载力的要求，使得桩长很长，施工难度较大，工程造价也相应增加。在工程实践中，一般采用素土挤密桩进行预处理以消除上部黄土的湿陷性，然后对于小高层再采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基、对于高层建筑采用钻孔灌注桩基础，使得地基强度及变形均能满足相关规范的要求，且节约造价。
四、工程概况
1、工程简介
某公司高层住宅楼，29层，高度87m，1层地下室，设计方案拟采用剪力墙结构、桩基础，基础埋深-7.45m，基底荷重标准值为600kPa。
设计采用钢筋混凝土钻孔灌注桩基础，并在桩基施工前对基底下的湿陷性黄土层进行素土挤密桩预处理，以消除其湿陷性。
2、场地岩土工程条件
（一）场地位置、地形、地貌
拟建场地位于西安市长安区北环路北侧。场地地面标高介于465.41m～467.13m之间。场地地貌单元属黄土塬。
（二）场地地层结构
根据岩土工程勘察报告，地内地层共划分为19层。桩长范围内的地层以黄土和古土壤为主，各层土的主要物理力学性质指标见表1。
拟建场地属自重湿陷性黄土场地，湿陷性土层下限深度为19.50～20.40m，标高为445.87～447.43m。地基湿陷等级为Ⅱ～Ⅲ级，勘察报告建议按Ⅱ级进行设防。
（三）场地地下水
场地地下水属潜水类型，稳定水位埋深22.30～23.40m，相应标高442.61～443.97m。
表1 桩长范围内桩周土主要物力力学性指标
地层
编号 含水量 密度 干重度 孔隙比 饱和度 液限 塑限 塑性指数 液性指数 压缩系数 压缩模量
w g gd e0 Sr wL wP Ip IL a1-2 Es1-2
% kN/m3 kN/m3 % % % % MPa-1 MPa
④黄土 20.9 17.2 14.2 0.881 65 32.5 18.8 13.7 0.16 0.21 11.48
⑤古土壤 20.2 17.5 14.6 0.834 66 31.3 18.3 13.0 0.14 0.20 11.39
⑥黄土 21.7 16.2 13.3 1.008 59 31.8 18.5 13.3 0.24 0.21 10.84
⑦黄土 28.0 17.9 13.9 0.912 84 31.8 18.5 13.3 0.71 0.26 8.35
⑧古土壤 25.6 18.7 14.9 0.786 89 32.1 18.6 13.5 0.52 0.32 5.88
⑨黄土 29.5 18.7 14.4 0.848 94 33.0 19.0 14.0 0.76 0.32 6.24 ⑩古土壤 24.7 19.7 15.8 0.687 97 31.7 18.5 13.2 0.47 0.25 6.87
11黄土 25.0 19.6 15.7 0.697 97 32.9 19.0 13.9 0.44 0.25 7.01
12古土壤 23.4 20.1 16.3 0.636 98 32.7 18.9 13.8 0.33 0.18 10.6
13黄土 27.0 19.5 15.4 0.738 97 34.2 19.6 14.7 0.51 0.27 7.28
3、地基处理方案
（一）地基处理方法方析
场地内分布的黄土④、⑥及古土壤⑤均具濕陷性，湿陷厚度比较大，上部约12m桩长需要考虑桩侧负摩擦力的影响，大大降低了单桩竖向承载力，按正常的长径比（60）计算的桩长，难以满足设计荷载的需要，如果靠扩大桩径、增加桩长来提高单桩竖向承载力，会给设计、施工带来很大的困难，并增加工程造价。为此，勘察报告建议对基础下的湿陷性黄土先进行素土挤密处理，消除部分或全部湿陷性，变负摩擦力为正摩擦力，再进行桩基施工，以满足建筑物荷载要求。
经进行单桩竖向极限承载力标准值估算，如满堂布桩时，按600mm、700mm桩径考虑，初步估算桩长将分别超过60m和50m。若对上部湿陷性土层预处理后，则桩径700mm、桩长40m即可满足要求。
经综合分析，设计方案采用了勘察报告中推荐的上述方法。设计素土挤密桩成孔直径400mm，桩间距900mm，排距780mm，有效桩长11.0m，桩身压实系数λc≥0.97。
钻孔灌注桩试桩设计桩径Ф700mm，桩长40.00m，桩顶标高为-7.45m，桩身混凝土强度等级为C55。设计单桩竖向极限承载力值为6800kN。±0.000相当于绝对标高467.35m。
（二）处理效果及桩基检测
素土挤密桩施工后，经在桩的三角形形心位置开挖挖井取样检验，场地内黄土的湿陷性完全消除。对钢筋混凝土灌注桩，低应变检测结果表明桩身连续完整。桩基静载荷试验结果，单桩竖向极限承载力标准值为6830kN，满足设计要求，而对应的基桩沉降量均不超过20mm。桩身轴力试验结果表明，经素土挤密桩预处理后的黄土层在极限荷载条件下的桩身侧阻力均大于80kPa。
4、建筑物变形
在建筑物施工过程中，随建筑物层数的增加，同时进行了建筑物的沉降观测。观测资料显示，各个观测点的沉降平稳，无不均匀沉降。建筑封顶、主体验收时的沉降量为5.0～11.5mm，沉降均匀，基础横向倾斜在规范允许范围内。
五、结束语
总之，随着我国社会主义经济建设的飞速发展，在广大的西北地区更多的高层建筑，乃至于超高层建筑必将大量涌现。所以，对该地区高层建筑的地基处理方法进行研究是十分必要的。工程实践证明，在大厚度湿陷性黄土场地，高层建筑地基处理采用素土挤密桩预处理后的钻孔灌注桩是科学的、经济的。
参考文献：
[1]宋林华.某工程大厚度湿陷性黄土场地条件下地基处理的研究.兰州理工大学.2013年3月，第2期，66-68.
[2]姜规模.湿陷性黄土地区高层建筑地基处理方法探讨.中国勘察设计.2012年4月，第4期，23-27.
[3]曹程明.大厚度湿陷性黄土场地湿陷性评价与地基处理.山西建筑.2013年10月，第9期，10-15.
【关键词】 自重湿陷性黄土场地;处理原则;预处理;地基处理方法
一、前言
在高层建筑的施工中，由于建筑物所处场地岩土工程条件的不同，设计对地基的处理方法也是各有不同的。在我国广大的西北地区分布的大厚度湿陷性黄土场地，多具有自重湿陷的特性。按照《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）的要求，对于此类场地上的甲类建筑，应消除地基的全部湿陷量或采用桩基础穿透全部湿陷性土层，或将基础设置在非湿陷性黄土层上。
本文将就此问题，以工程实践中的实例，来探讨大厚度湿陷性黄土场地上高层建筑的地基处理方法。
二、湿陷性黄土地区地基处理的一般方法
我国是世界上黄土分布最广泛的国家之一，其中约占四分之三的黄土，为湿陷性黄土。其最主要的特性是受水浸湿后，在土的自重压力或自重压力与附加压力共同作用下，产生大量而急剧的沉陷，给建（构）筑物带来不同程度的危害，使建（構）筑物大幅度沉降、坼裂、倾斜，严重影响其安全和使用。鉴于湿陷性黄土的这种特性，在该地区建筑物的设计及施工中，必须采用合理的基础型式或消除湿陷的地基处理方式，才能满足建筑物的使用要求。
1、影响湿陷性黄土地区的地基的主要因素
在对湿陷性黄土地区的地基进行处理时，要考虑的因素有很多，通常，我们把以下几个方面作为主要参考点：
（一）地域性的差别，不同地域黄土的湿陷性、湿陷敏感程度、土层的承载能力、压缩性、均匀性等都有很大的差异。
（二）建筑物的用途、建筑物内用水量的大小及地表用水渗入地基的可能性等。
（三）建筑物施工时用料和施工条件，以及施工经验。
（四）建筑物的重要程度，是属于湿陷性黄土场地的甲类、乙类还是丙类建筑等，建筑物结构对由于黄土的湿陷性造成的地基不均匀下沉的适应能力。
2、湿陷性黄土地区的地基处理方法
在湿陷性黄土地区，国内外使用较多的地基处理方法有：重锤表层夯实、强夯、换土垫层、挤密桩复合地基、预浸水、爆扩桩、化学加固和桩基础等。近年来，孔内深层强夯法、复合载体夯扩桩等也得到推广使用。目前我国以重锤表层夯实、土（或灰土）垫层、强夯、深层孔内夯扩、挤密桩复合地基、桩基础应用较多。
三、湿陷性黄土场地高层建筑地基处理原则
在自重湿陷性黄土场地，建筑物地基处理的深度由剩余湿陷量控制，对于甲类建筑（一般高度大于60m的高层建筑均属此类），要求处理全部湿陷性黄土层或采用桩基础穿透全部湿陷性土层，或将基础设置在非湿陷性黄土层上。
而对于大厚度湿陷性黄土地基，采用桩基础时，规范要求在湿陷性土层范围内的桩身应考虑桩侧负摩擦力的影响，为满足单桩承载力的要求，使得桩长很长，施工难度较大，工程造价也相应增加。在工程实践中，一般采用素土挤密桩进行预处理以消除上部黄土的湿陷性，然后对于小高层再采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基、对于高层建筑采用钻孔灌注桩基础，使得地基强度及变形均能满足相关规范的要求，且节约造价。
四、工程概况
1、工程简介
某公司高层住宅楼，29层，高度87m，1层地下室，设计方案拟采用剪力墙结构、桩基础，基础埋深-7.45m，基底荷重标准值为600kPa。
设计采用钢筋混凝土钻孔灌注桩基础，并在桩基施工前对基底下的湿陷性黄土层进行素土挤密桩预处理，以消除其湿陷性。
2、场地岩土工程条件
（一）场地位置、地形、地貌
拟建场地位于西安市长安区北环路北侧。场地地面标高介于465.41m～467.13m之间。场地地貌单元属黄土塬。
（二）场地地层结构
根据岩土工程勘察报告，地内地层共划分为19层。桩长范围内的地层以黄土和古土壤为主，各层土的主要物理力学性质指标见表1。
拟建场地属自重湿陷性黄土场地，湿陷性土层下限深度为19.50～20.40m，标高为445.87～447.43m。地基湿陷等级为Ⅱ～Ⅲ级，勘察报告建议按Ⅱ级进行设防。
（三）场地地下水
场地地下水属潜水类型，稳定水位埋深22.30～23.40m，相应标高442.61～443.97m。
表1 桩长范围内桩周土主要物力力学性指标
地层
编号 含水量 密度 干重度 孔隙比 饱和度 液限 塑限 塑性指数 液性指数 压缩系数 压缩模量
w g gd e0 Sr wL wP Ip IL a1-2 Es1-2
% kN/m3 kN/m3 % % % % MPa-1 MPa
④黄土 20.9 17.2 14.2 0.881 65 32.5 18.8 13.7 0.16 0.21 11.48
⑤古土壤 20.2 17.5 14.6 0.834 66 31.3 18.3 13.0 0.14 0.20 11.39
⑥黄土 21.7 16.2 13.3 1.008 59 31.8 18.5 13.3 0.24 0.21 10.84
⑦黄土 28.0 17.9 13.9 0.912 84 31.8 18.5 13.3 0.71 0.26 8.35
⑧古土壤 25.6 18.7 14.9 0.786 89 32.1 18.6 13.5 0.52 0.32 5.88
⑨黄土 29.5 18.7 14.4 0.848 94 33.0 19.0 14.0 0.76 0.32 6.24 ⑩古土壤 24.7 19.7 15.8 0.687 97 31.7 18.5 13.2 0.47 0.25 6.87
11黄土 25.0 19.6 15.7 0.697 97 32.9 19.0 13.9 0.44 0.25 7.01
12古土壤 23.4 20.1 16.3 0.636 98 32.7 18.9 13.8 0.33 0.18 10.6
13黄土 27.0 19.5 15.4 0.738 97 34.2 19.6 14.7 0.51 0.27 7.28
3、地基处理方案
（一）地基处理方法方析
场地内分布的黄土④、⑥及古土壤⑤均具濕陷性，湿陷厚度比较大，上部约12m桩长需要考虑桩侧负摩擦力的影响，大大降低了单桩竖向承载力，按正常的长径比（60）计算的桩长，难以满足设计荷载的需要，如果靠扩大桩径、增加桩长来提高单桩竖向承载力，会给设计、施工带来很大的困难，并增加工程造价。为此，勘察报告建议对基础下的湿陷性黄土先进行素土挤密处理，消除部分或全部湿陷性，变负摩擦力为正摩擦力，再进行桩基施工，以满足建筑物荷载要求。
经进行单桩竖向极限承载力标准值估算，如满堂布桩时，按600mm、700mm桩径考虑，初步估算桩长将分别超过60m和50m。若对上部湿陷性土层预处理后，则桩径700mm、桩长40m即可满足要求。
经综合分析，设计方案采用了勘察报告中推荐的上述方法。设计素土挤密桩成孔直径400mm，桩间距900mm，排距780mm，有效桩长11.0m，桩身压实系数λc≥0.97。
钻孔灌注桩试桩设计桩径Ф700mm，桩长40.00m，桩顶标高为-7.45m，桩身混凝土强度等级为C55。设计单桩竖向极限承载力值为6800kN。±0.000相当于绝对标高467.35m。
（二）处理效果及桩基检测
素土挤密桩施工后，经在桩的三角形形心位置开挖挖井取样检验，场地内黄土的湿陷性完全消除。对钢筋混凝土灌注桩，低应变检测结果表明桩身连续完整。桩基静载荷试验结果，单桩竖向极限承载力标准值为6830kN，满足设计要求，而对应的基桩沉降量均不超过20mm。桩身轴力试验结果表明，经素土挤密桩预处理后的黄土层在极限荷载条件下的桩身侧阻力均大于80kPa。
4、建筑物变形
在建筑物施工过程中，随建筑物层数的增加，同时进行了建筑物的沉降观测。观测资料显示，各个观测点的沉降平稳，无不均匀沉降。建筑封顶、主体验收时的沉降量为5.0～11.5mm，沉降均匀，基础横向倾斜在规范允许范围内。
五、结束语
总之，随着我国社会主义经济建设的飞速发展，在广大的西北地区更多的高层建筑，乃至于超高层建筑必将大量涌现。所以，对该地区高层建筑的地基处理方法进行研究是十分必要的。工程实践证明，在大厚度湿陷性黄土场地，高层建筑地基处理采用素土挤密桩预处理后的钻孔灌注桩是科学的、经济的。
参考文献：
[1]宋林华.某工程大厚度湿陷性黄土场地条件下地基处理的研究.兰州理工大学.2013年3月，第2期，66-68.
[2]姜规模.湿陷性黄土地区高层建筑地基处理方法探讨.中国勘察设计.2012年4月，第4期，23-27.
[3]曹程明.大厚度湿陷性黄土场地湿陷性评价与地基处理.山西建筑.2013年10月，第9期，10-15.