豫西濕陷性黃土的工程地質(zhì)特征及基礎(chǔ)選型探討

董富強(qiáng),王榮彥,蘇巧榮

0 前言

圖1 豫西第四系黃土分布圖1—沖積、洪積為主的次生黃土 (Q3、Q4);2、3—風(fēng)積為主的黃土 (Q2、Q3);4—基巖。

豫西黃土在地域上是指分布在靈寶、三門峽、洛陽、鞏義、上街等地區(qū)的黃土,分布面積約 1.1萬km2。本區(qū)地形西高東低,南高北低。豫西黃土所在的地貌單元有黃土臺(tái)塬、黃土丘陵及河谷階地和山前沖洪積扇。黃土臺(tái)塬塬面平坦開闊,塬面高程在西部 400～600 m,在東部 200～300 m,一般高出河谷階地 100～250 m,主要有程村塬、焦村塬、張村塬、張汴塬、陽店塬及邙山臺(tái)塬;黃土丘陵主要分布于山前地帶,地形起伏不平;河谷階地主要分布在黃河及其支流兩岸,有 1～3級(jí)階地,階地呈典型的二元結(jié)構(gòu),上部為黃土狀土,下部為砂、砂礫、卵石;而沖洪積扇主要分布于山前或塬前。圖 1為豫西第四系黃土分布圖。

1 區(qū)內(nèi)豫西黃土的工程地質(zhì)特征

根據(jù)在已有建筑場(chǎng)地勘探資料,將靈寶、三門峽、洛陽、鞏義、上街區(qū)、滎陽典型地段濕陷性黃土分布特征列于表 1～6。從表 1～5可知,豫西從靈寶、三門峽、洛陽、鞏義、上街到滎陽、鄭州西一線,大致以洛陽為界,以西為Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地,濕陷性黃土層最大厚度為 20.0～27.0 m;以東為Ⅰ級(jí) (輕微)非自重濕陷性黃土場(chǎng)地,濕陷性黃土層最大厚度為 9.3～16.0 m,具體見表 6。這與文獻(xiàn)[4]附錄 A將洛陽以西劃為關(guān)中地區(qū),以東劃為河南地區(qū)基本一致。但應(yīng)指出洛陽局部地區(qū)如北氓及洛河二級(jí)階地從濕陷性黃土的特征看,似應(yīng)劃入關(guān)中地區(qū)。

表1 靈寶市某地段濕陷性黃土分布特征及工程地質(zhì)條件一覽表

表2 三門峽市某地段濕陷性黃土分布特征及工程地質(zhì)條件一覽表

表3 洛陽市某地段濕陷性黃土分布特征及工程地質(zhì)條件一覽表

表4 鞏義市某地段濕陷性黃土分布特征及工程地質(zhì)條件一覽表

表5 鄭州市上街區(qū)某地段濕陷性黃土分布特征及工程地質(zhì)條件一覽表

表6 豫西黃土濕陷性特征一覽表

2 豫西濕陷性黃土地區(qū)建筑基礎(chǔ)選型情況分析

根據(jù)我們近 30年對(duì)豫西濕陷性黃土地區(qū)建筑基礎(chǔ)選型的分析和總結(jié),豫西濕陷性黃土地區(qū)建筑基礎(chǔ)選型具有以下特點(diǎn):大致以洛陽為界,對(duì)以西以Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地的建筑,因濕陷性黃土層厚度一般達(dá) 10～15 m,最大厚度達(dá) 20.0～27.0 m,故多采取樁基礎(chǔ),以鉆挖孔灌注樁和靜壓預(yù)制樁較多見。對(duì)以東以Ⅰ級(jí) (輕微)非自重濕陷性黃土場(chǎng)地的建筑,因濕陷性黃土層厚度一般僅數(shù) m,最大厚度約 15 m,當(dāng)為多層建筑或荷載較小時(shí),多采用灰土墊層、(灰)土擠密樁、夯實(shí)水泥土樁、強(qiáng)夯等地基處理方法;當(dāng)為小高層建筑或單柱荷載較大時(shí)多采用 CFG樁、高壓旋噴樁、夯擴(kuò)樁或上述樁與灰土墊層、(灰)土擠密樁、夯實(shí)水泥土樁組合形成的組合型復(fù)合地基;當(dāng)為高層建筑或單柱荷載很大時(shí),則采用樁基礎(chǔ),常見的有鉆挖孔灌注樁和靜壓預(yù)制樁以及多支盤灌注樁。

豫西濕陷性黃土地區(qū)近年來建筑基礎(chǔ)選型情況見表 7。

表7 豫西濕陷性黃土地區(qū)建筑基礎(chǔ)選型情況一覽表

3 有關(guān)地基處理問題

3.1 關(guān)于灰土墊層問題

灰土墊層大量應(yīng)用于豫西地區(qū)Ⅰ級(jí) (輕微)非自重濕陷性黃土場(chǎng)地上的多層建筑物,從豫西濕陷性黃土地區(qū)灰土墊層多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看,灰土墊層地基承載力可達(dá) 250 kPa,多層建筑多年累計(jì)沉降量?jī)H數(shù)毫米。但有以下問題值得注意:(1)對(duì)該類地基到底是按灰土墊層還是按灰土基礎(chǔ)進(jìn)行持力層驗(yàn)算,按照文獻(xiàn) [6],二者明顯有矛盾,現(xiàn)在看來難以定論,值得探討,但從豫西濕陷性黃土地區(qū)灰土墊層多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看,按灰土墊層進(jìn)行驗(yàn)算是偏于安全的;(2)關(guān)于灰土墊層質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法問題也值得探討,筆者基本同意文獻(xiàn)[7]的觀點(diǎn):①不必強(qiáng)制性規(guī)定對(duì)灰土墊層必須進(jìn)行載荷試驗(yàn),這樣造成大量浪費(fèi)現(xiàn)象;②建議應(yīng)對(duì)土料以 IP控制,對(duì)灰料以CaO和MgO含量進(jìn)行控制;③當(dāng)對(duì)灰土的配料質(zhì)量、配比、墊層質(zhì)量有異議時(shí),應(yīng)以灰土墊層的水穩(wěn)性作為控制標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行飽水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。3.2 關(guān)于強(qiáng)夯問題

目前在豫西地區(qū),多采用 3000 kN·m及以下的夯擊能,處理深度 7 m左右,處理后地基在消除濕陷性基礎(chǔ)上地基承載力特征值可達(dá) 200 kPa,大量應(yīng)用于Ⅰ級(jí) (輕微)非自重濕陷性黃土場(chǎng)地上的多層框架結(jié)構(gòu)建筑物。但應(yīng)注意 2個(gè)問題:(1)在勘察報(bào)告中應(yīng)進(jìn)行土層的擊實(shí)試驗(yàn),以確定土層的最大干密度和最優(yōu)含水量,指導(dǎo)強(qiáng)夯工作;(2)宜選擇代表性地段進(jìn)行試夯。在場(chǎng)地局部遇含水量偏大的粉土地基,采用邊夯邊回填小塊建筑垃圾的強(qiáng)夯置換法處理該類地基,防止形成橡皮土及吸錘現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 關(guān)于組合型復(fù)合地基問題

采用組合型復(fù)合地基是近十幾年的事,其目的是采用短樁消除淺部地層的濕陷性,采用長(zhǎng)樁將其樁端坐在壓縮性較低的土層上,起到提高承載力、控制沉降 (變形)的作用。從多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看,建筑物沉降量?jī)H幾毫米到十幾毫米,效果較好。但其理論研究一直滯后于工程實(shí)踐,有關(guān)設(shè)計(jì)處于摸索狀態(tài)。《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版)(文獻(xiàn) [8])就組(復(fù))合型地基的組合型式、復(fù)合地基承載力計(jì)算、復(fù)合地基的變形、檢測(cè)等提出了系統(tǒng)的要求。建議有關(guān)規(guī)范修訂時(shí)盡快予以補(bǔ)充,以指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作。

3.4 關(guān)于Ⅱ級(jí)及以上自重濕陷性黃土場(chǎng)地基礎(chǔ)選型應(yīng)注意的問題

(1)根據(jù)文獻(xiàn)[9]中胡啟勝總結(jié)成果,在自重濕陷性黃土場(chǎng)地,在樁頂無荷載情況下,中性點(diǎn)深度與濕陷性黃土層底深度基本一致,在Ⅲ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地,其負(fù)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值可取 25 kPa,比文獻(xiàn)[4]表 5.7.5提供的參考值要大,對(duì)洛陽以西地區(qū)的Ⅱ、Ⅲ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地是適應(yīng)的,設(shè)計(jì)中可參考使用。

(2)在濕陷性黃土層厚度 >10 m地區(qū),若采用樁基礎(chǔ),其單樁豎向承載力特征值應(yīng)以載荷浸水試驗(yàn)的結(jié)果為準(zhǔn),在自重濕陷性黃土場(chǎng)地,除不計(jì)濕陷性黃土層內(nèi)的樁長(zhǎng)按飽和狀態(tài)下的正側(cè)阻力外,尚應(yīng)扣除樁側(cè)的副摩阻力。且應(yīng)從試驗(yàn)結(jié)果中扣除濕陷性黃土層范圍內(nèi)的樁側(cè)正、負(fù)摩阻力。

(3)鑒于多年來自重濕陷性黃土場(chǎng)地選用樁基礎(chǔ)仍有房屋開裂影響正常使用的情況發(fā)生,建議在樁基礎(chǔ)施工前仍應(yīng)采用強(qiáng)夯、擠密樁等措施消除上部土層的濕陷性,同時(shí)應(yīng)作好基本防水措施、檢漏防水措施和嚴(yán)格防水措施。

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[4] GB 50025-2004,濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[5] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[6] 李廣信.說三道四議規(guī)范 (三)[J].巖土工程界,2004,(6):14-17.

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