[发明专利]非饱和黄土改性处理方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程领域，涉及对非饱和黄土强度的改性方法，能达到提高黄土地基在动荷载作用下或湿陷条件下的力学强度目的。主要针对震陷性和湿陷性的非饱和黄土。其中包括砂性成分较大的砂黄土，以及粉土成分较大的低粘性粉质黄土，以及粘黄土等。这些非饱和土在工程中问题突出，包括遇水以后强烈的湿陷变形，以及受动应力后的震动塌方、滑坡，公路沥青覆盖层下的湿陷黄土空洞等问题。本技术采用工程易施工的换土垫层法（就地取土，加改性材料，搅拌后回填）。本改性地基土能有效地消除湿陷性，达到在200KPa下，湿陷系数降低为0.001，震陷系数最低降为0.2%。渗透系数4.9×10^-6，抗剪切强度得到很大提高，即基本消除震陷性和湿陷性两项。能达到在黄土路基范围建设施工的一般建筑物、公路、铁路的一级抗震地基处理技术要求。 

背景技术

我国黄土主要分布于黄河中下游的甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西，河南和河北诸省，在东北和新疆也有非饱和黄土分布，覆盖面积达64万平方公里，约占我国领土面积的6.6%，占世界黄土覆盖面积的49%。特别是我国西部地区，黄土分布范围广，厚度大。由于形成靠近当时的沙源，多属于风成黄土，即非饱和黄土，主要包括砂黄土、低粘性黄土和粘黄土。尤其是其中的低粘性粉质黄土的结构特点是粉土含量高，粘粒含量低，普遍具有湿陷性和震陷性。其特殊的架空弱胶结微观结构导致动荷载作用下强度低、震陷变形大，为工程建设提出了艰巨的地基处理难题，参见王兰民. 黄土动力学[M]. 北京:地震出版社，2003:12-82. (Wang Lan Min. The Loess dynamics [M]. Beijing: seismological press, 2003:12-82)。 

需要处理的湿陷或震陷性黄土在我国中西部地区分布广泛，例如郑州至西安高速客运铁路专线全长458.8km，沿线湿陷性黄土区段占全线总长度的65％，其中自重湿陷性黄土约占线路总长的27％。甘肃西部有更加广泛的厚层黄土分布，震陷系数最大达到10%以上。由于黄土的微结构具有独特的动力性质，使其表现出很高的地震易损性。在中国中西部黄土地区，历次强震（Ms ≥8级：6次；Ms ≥7级：22次，Ms≥6级：52次）都曾引起过严重的地震滑坡，震陷和液化等黄土地震灾害，甚至一些小的地震在震中区也能引起许多房屋变形和倒塌（例如1986年运城Ms =3.1-3.7级地震群）。震陷性黄土一般也具有很强的湿陷性。因此强震陷性和湿陷性是黄土地区主要的岩土灾害之一。 

非饱和黄土的处理较为复杂而困难，由于不饱和性，必须采用较大的灌浆压力，对非饱和土灌浆过稀，很可能导致地基沉陷。因此，研究简单而有效的黄土地基处理方法在岩土工程施工中所急需的技术，具有广泛的应用前景。 

黄土的一般处理有如下几种方法：强夯法处理厚度大的黄土状粉土，参见王兰民. 黄土动力学[M]. 北京:地震出版社，2003:12-82.，使浅层微结构发生较大变化, 中、大孔隙减小，颗粒之间密实度提高，震陷系数能降1%以下。还有硅化注浆法、挤密桩法以及换土垫层法等，见建筑抗震规范，见中华人民共和国行业标准.GB/J 25-90湿陷性黄土地区建筑规范[S].北京:中国建筑出版社，1990:12-18.( The industry standard of the People's Republic, GB/J 25-90.The collapsible loess area building codes [S]. Beijing: China architecture press, 1990:12-18.)，兰州市区建筑抗震设计规程.甘肃技术监督局省标, 2007年10月.( Lanzhou city code for seismic design of buildings. Gansu province technical supervision bureau standard, in October, 2007.)。换土垫层方法是将基底下的湿陷性黄土层全部挖出，代之人工垫层土，一般为3:7的灰土，回填后的土在200 kPa动应力下的震陷系数小于1%。