0 引言

　　自20世纪50年代以来，灰土逐渐应用于建筑工程中，常用作地面工程、基础工程垫层等。由石灰、土和水按比例配合，经分层夯实形成的灰土地基具有一定强度、水稳定性和抗渗性，因施工工艺简单、造价低等优点被广泛应用^[1]。

　　骆军等^[2]采用检测试验对某机场航站楼灰土地基进行研究，发现灰土地基硫酸盐盐胀产生的钙矾石及碳硫硅钙石是造成航站楼地坪鼓胀的原因。试验研究表明，灰土地基物理力学性能随着温度、水等外界因素的变化而变化，使土体发生膨胀变形，从而破坏上部建筑物。因此，须深层次研究灰土地基鼓胀病害原因及处治技术。

　　1 工程概况

　　某框架结构大型库房位于青海省西宁市平安区北部，东临海东市乐都区，西连湟中县和西宁市，南与化隆县为邻，北隔湟水河与互助县相望，结构整体呈矩形布置。根据GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》(2009年版)，该建筑物工程重要性等级为三级，场地等级为二级，地基等级为二级。于2014年12月底完成竣工验收并投入使用，2016年6月开始，室内混凝土地板、四周墙体及室外散水部位地坪鼓胀日益明显。室内两侧地坪鼓胀开裂较严重，局部埋没踢脚线，中间地坪鼓胀开裂较轻或未发生鼓胀，鼓胀病害现状如图1所示。

　　图1 鼓胀病害现状  

　　建筑物外侧四周散水由于自重小，鼓胀开裂较室内严重，且北侧较南侧严重。随着散水开裂，雨水更易下渗，导致地基鼓胀越来越严重，建筑物变形越来越明显，因此，须对鼓胀原因进行调查分析，对地基进行加固，使建筑物满足正常使用要求。

　　2 工程地质条件

　　2.1 地形地貌与气候条件

　　平安区大部分地区为山区，地形复杂，沟壑纵横，湟水河自西向东流经全境，地势北高南低，由西向东北倾斜，大部分地区海拔为2 066.000～2 300.000m。建筑物所在区域属大陆性气候，日照时间长，太阳辐射强，春季干旱多风，夏季凉爽，冬季寒冷。年平均日照2 864.4h，年平均气温7.6℃，最热月(7月)平均气温19.2℃，最冷月(1月)平均气温-5.6℃。年内降雨分布不均，年降雨量310.1mm，年蒸发量1 836.3mm，约为降雨量的6倍，无霜期218d。

　　2.2 场地岩土体特性

　　场地地形较平坦，地貌上属山前坡积地带，经探井揭示，场地土主要由素填土、黄土状土、卵石组成。自上而下岩土体特性为:(1)素填土褐黄色，以粉土为主，稍湿，稍密，含有少量砂砾、植物根等，大孔隙，结构松散，厚0.5～0.9m;(2)黄土状土黄褐色与棕红色，以粉粒为主，稍湿～湿，稍密～密实，含有钙质结核及少量云母碎片，针状孔发育，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低，厚1.9～7.8m;(3)卵石青灰色，骨架颗粒以卵石为主，卵石含量为52.1%～63.6%，一般粒径2～10cm，颗粒级配较好，微风化，母岩主要成分为石英岩、花岗岩、砂质板岩等，厚0.6～3.0m。

　　3 变形监测

　　于2017年10月4日至2018年3月18日对主库房北侧及南侧墙柱进行变形监测，通过监测数据发现东北角YC-51墙柱鼓胀量最大，为52.49mm，西北角YC-6墙柱鼓胀量最小，为7.34mm，如表1所示。

　　表1 主库房墙柱鼓胀情况 

　　表1 主库房墙柱鼓胀情况

　　4 室内试验

　　自2016年以来，按采集样品能充分代表采样部位土体特性的原则进行试验^[3]，依据国际岩石力学学会(ISRM)推荐的标准制备试件。采样过程中应充分考虑周边因素的影响，在库房周边、室内地下及破坏严重的部位采样，使所取土样能充分体现周边土体特性。

　　4.1 土样EDTA滴定试验

　　采用滴定管、高温炉等设备对土样进行EDTA滴定试验^[4]，得到土样氧化钙含量为72.63%，氧化镁含量为3%，发现土样生石灰占比最大，未完全熟化的生石灰吸水后生成熟石灰团粒，易造成地基鼓胀^[5]。

　　4.2 易溶盐检测试验

　　2016年12月对地基土进行取样，检测易溶盐含量，结果表明，地基土含盐量为0.94%～0.98%，根据《岩土工程勘察规范》中第6.8.4条的规定，土中硫酸钠含量≤1%时，可不考虑盐胀性，但本工程实际盐胀现象较严重。

　　4.3 X射线衍射试验

　　现场取5组土样进行X射线衍射试验，土样编号为YZ-1,YZ-2,YZ-3,YZ-4,YZ-5。试验结果表明，土样主要由石英、长石、伊利石等组成，每组土样黏土含量分别为12.6%,11.4%,14.8%,10.2%,12.6%，黏土矿物成分以伊利石、高岭石、绿泥石为主。周翠英等^[6]通过试验研究发现，伊利石自身具有膨胀特性，可与水发生水化反应，生成新物质，进而发生体积膨胀;伊利石等黏土矿物亲水性较强，且颗粒微观结构较小。

　　5 鼓胀原因分析

　　根据库房变形现状、变形规律、土样检测鉴定结论，结合场地工程地质条件，初步推断地基土发生不均匀鼓胀的原因如下。

　　1)地基的问题基础下4.0m厚“三七灰土”垫层所用材料部分为生石灰、部分为石膏矿物，具有强烈的膨胀性，是地基鼓胀的主要原因。现场开挖发现，墩底存在大量集中的石灰、石膏块，表明该物质含量越高，地基鼓胀量越大。

　　2)盐胀的影响盐胀量不仅与含盐量有关，还与含水率、温度、上覆荷载及盐渍土层厚度等有关，在含盐量一定的情况下，浸水越多、温度变化越剧烈、上覆荷载越小、盐渍土层越厚，盐胀量越大。试验结果表明，盐渍土最小膨胀力为11.9kPa，最大膨胀力达59.9kPa，可知地基鼓胀病害次要原因为盐胀。

　　3)地表水下渗及温差的变化本工程排水方式为自流漫灌，缺乏有效的排水设施，地表水排泄不畅，部分水渗入地基，地基盐渍土吸水后发生膨胀，进而引起散水、地坪开裂。散水或地坪开裂后，为地表水打开了入渗通道，使水更易渗入，进而使地基鼓胀变形更严重。

　　4)其他原因伊利石、高岭石、绿泥石等黏土矿物含量较高，可与水发生水化反应，生成新物质，体积膨胀率达50%以上;伊利石等黏土矿物亲水性较强，且颗粒微观结构较小。

　　6 膨胀力计算

　　盐渍土膨胀力是确定锚索数量及受力的关键，本研究通过3种方法计算盐渍土膨胀力，经相互对比、综合考虑后确定。

　　6.1 试验法

　　现场通过探坑取盐渍土样，实验室制备4种不同干密度试件进行膨胀力试验，每种干密度下取4种不同起始含水率。由试验结果可知，膨胀力与干密度成正比，与起始含水率成反比。本研究取干密度15,16kN/m³下，含水率为15%时的膨胀力平均值作为计算结果，计算知膨胀力为26.65kPa。

　　6.2 反算法

　　主库房承重柱间距不同，受力不同，受力小的柱被顶起，受力大的柱未被顶起，通过反算柱受力可间接计算膨胀力范围。

　　1)主库房J-4号柱被顶起，表明其膨胀力大于重力。该柱连同基础自重为204.228kN，产生的地基应力约为15.7kPa。

　　2)主库房J-5号柱未被顶起，表明其膨胀力小于重力。该柱连同基础自重为387.5kN，产生的地基应力约为26.8kPa。

　　根据反算结果可知，膨胀力为15.7～26.8kPa。

　　6.3 工程地质比拟法

　　研究发现同一场地2层办公楼变形轻微，表明向上的膨胀力略大于基底应力，根据以往经验，2层楼基底应力约为25kPa，因此膨胀力≥25kPa。

　　综合室内试验、现场反算及工程地质比拟等方法，为安全起见，最终确定膨胀力为28kPa。

　　7 纠偏与地基处治

　　鉴于建筑物灰土地基鼓胀病害原因主要为生石灰吸水膨胀，根据地基鼓胀量，地基基础形式，现场水文、地质条件等，经多方案比选，最终采取锚杆(索)控制柱鼓胀、预应力锚索控制室内地坪鼓胀、掏土纠偏、堆载加压、地基土换填的综合处治方案^[7]。

　　7.1 纠偏处治

　　为减小柱及地坪的变形破坏，根据现场试验、理论计算结果，采取锚杆(索)控制柱鼓胀、预应力锚索控制室内地坪鼓胀及掏土纠偏的措施。

　　7.1.1 锚杆(索)控制柱鼓胀

　　每个柱基础设置2根锚杆和2根锚索。锚杆采用32螺纹钢制作，长12m。基础以下10m注浆，基础以上2m涂抹防锈涂料。

　　7.1.2 预应力锚索控制室内地坪鼓胀

　　采用6^s15.24钢绞线制作预应力锚索，抗压强度标准值1 860MPa，设计拉力600kN，长15m，其中锚固段长10m，自由段长5m。

　　7.1.3 掏土纠偏

　　1)柱基础纠偏对于鼓胀量最大的柱基础，挖开坑槽，掏土迫降纠偏;对于鼓胀量较大的柱基础，仅钻孔，不纠偏，预留一定鼓胀空间。

　　2)库房地坪纠偏开挖巷道，为钻孔掏土提供操作空间。在主库房南北侧散水处开设8个竖井，以此为洞口进到主库房内部筏板下，沿东西向挖2条主巷道，沿南北向挖28条次巷道，次巷道高1.5m、宽1.5m、总长400m。

　　3)钻孔掏土孔径10～15cm，孔间距20cm，总长5 000m。

　　7.1.4 堆载加压

　　为控制鼓胀程度，在建筑物四周采用土袋或砂袋进行堆载加压。堆载高1.5m、宽2.0m。通过堆载使2号副库房下沉15mm左右，但总体效果不显著。

　　7.2 地基处治

　　为解决地基土体持续鼓胀问题，采取挖除库房地基及四周散水下部灰土垫层，并换填水泥改性土的措施。

　　1)换填范围散水换填宽度为4.3m，室内地坪为套内面积，换填深度为1.5m(挖至基础底面)，换填面积共2 616m²。换填开挖分段进行，每段约20m，开挖到位后立即换填，回填完成后使用防雨布遮盖，防止雨水浸湿。

　　2)换填要求换填土采用含盐量较低的素土，通过掺加20%的水泥进行化学改良，填土每30cm为1层，分层夯实，压实系数≥0.93。

　　3)换填步骤凿除原混凝土地坪→挖除地面以下1.5m石灰土→拉运含盐量低的素土→掺加20%水泥→分层夯实→遮盖彩条布→放置1个冬季→重新浇筑混凝土地坪(室内地坪加设钢筋网片和锚索)。

　　7.3 处治效果

　　2018年7月22日至2018年9月5日，北侧地坪N-4,N-5,N-7,N-8点位下沉高度分别为13.2,13.0,18.5,16.8cm，其中最大沉降点为N-7。南侧地坪S1,S2,S13,S14点位下沉高度分别为18.5,17.4,29.8,27.3cm，其中最大沉降点为S13。灰土地基经加固后，顶部混凝土基础裂缝宽度明显减小，室内地坪鼓胀情况得到较好改善，轨道端头纠偏后如图2所示。

　　图2 纠偏后的轨道端头  

　　8 结语

　　1)对建筑物灰土地基鼓胀病害原因及处治技术进行研究，灰土地基中存在大量未熟化的生石灰，由于土体含水率较高，生石灰易与水结合生成熟石灰团粒，从而发生膨胀，这是造成建筑物墙柱及室内地坪鼓胀的主要原因。

　　2)对建筑物进行持续变形监测是加固工程的重要工作，是验证纠倾效果的重要手段，须贯穿整个施工过程。通过实时监测，使监测结果可靠、适用，为更好地指导建筑物纠偏、地基加固提供技术保证。

　　3)通过采取锚杆(索)控制柱鼓胀、预应力锚索控制室内地坪鼓胀、掏土纠偏、堆载加压、地基土换填的综合处治措施，取得良好加固效果。