濕陷性黃土地基處理措施研究

梁智廣

0 引言

黃土濕陷性一直是我國黃土地區(qū)工程建設(shè)過程中不可避免的一個(gè)問題，也是工程地質(zhì)勘察界最關(guān)心的問題。黃土地區(qū)遇到的主要病害就是黃土的濕陷性，需根據(jù)黃土濕陷性的程度進(jìn)行適當(dāng)處理，保證工程的質(zhì)量，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性。對(duì)黃土的濕陷特性的認(rèn)識(shí)以及處理均對(duì)整個(gè)工程質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用。在以往的工程建設(shè)過程中，由于對(duì)濕陷性黃土的認(rèn)識(shí)不夠深刻，相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案和處置措施不夠完善，造成了建筑物在建成之后出現(xiàn)了大量的局部沉陷或是不均勻沉降等病害，使其不能正常運(yùn)營。因此，為確保黃土地區(qū)工程建設(shè)的質(zhì)量，對(duì)濕陷性黃土的濕陷性進(jìn)行較深入、細(xì)致的研究不僅理論上具有一定意義，而且具有重要的工程實(shí)踐意義。

1 黃土的濕陷性定義及等級(jí)劃分

黃土的濕陷性就是在一定應(yīng)力(即上覆土的飽和自重應(yīng)力或上覆土的飽和自重應(yīng)力與附加應(yīng)力)作用下受水浸濕后，結(jié)構(gòu)迅速破壞，發(fā)生顯著附加下沉的特性。世界上的黃土，可以發(fā)生濕陷的有半數(shù)以上。

濕陷等級(jí)的劃分，主要目的是為了更正確地評(píng)價(jià)黃土的濕陷程度，從而采取相應(yīng)的防護(hù)措施，使?jié)裣菪渣S土地基上的建筑物經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠。生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，各地區(qū)各層土的濕陷程度往往不一致，如果不加區(qū)分，不分青紅皂白的進(jìn)行地基設(shè)計(jì)，對(duì)于具有輕微濕陷性的黃土地基采取不必要的設(shè)計(jì)手段，必將造成浪費(fèi);而對(duì)于具有嚴(yán)重濕陷性的黃土地基設(shè)防措施過于簡單，建筑物建成后(或者在建設(shè)過程中)出現(xiàn)濕陷事故，危及安全生產(chǎn)和正常使用，有時(shí)還會(huì)引起人身傷亡等更大的損失。顯然，這也是一種浪費(fèi)。對(duì)于發(fā)生濕陷事故的工程，還要花費(fèi)大量資金和時(shí)間進(jìn)行加固處理，亦屬浪費(fèi)。因此，按照濕陷程度將濕陷性黃土劃分幾個(gè)等級(jí)，針對(duì)不同等級(jí)，施以不同的防護(hù)措施，是很有必要的。本文依據(jù)我國1990年頒布的《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中規(guī)定，濕陷強(qiáng)烈程度按濕陷系數(shù)為0.03，0.07劃分為輕微濕陷、中等濕陷和強(qiáng)烈濕陷三種。

2 黃土濕陷機(jī)理分析

關(guān)于黃土濕陷原因與機(jī)理，有過各種各樣的假說，如：毛管假說、可溶鹽假說、膠體不足說、水膜楔入說、欠壓密理論以及結(jié)構(gòu)理論。這些假說有一個(gè)共同認(rèn)識(shí)是水削弱了骨架顆粒間的連接力而導(dǎo)致濕陷，但因?qū)羌茴w粒間膠結(jié)物成分及其作用認(rèn)識(shí)不同，實(shí)驗(yàn)手段各異，得出不同的結(jié)論。它們都能說明問題的一個(gè)方面，但不能充分地解釋黃土所有的濕陷現(xiàn)象和本質(zhì)。根據(jù)現(xiàn)有資料的綜合分析，結(jié)合上面對(duì)黃土濕陷性影響因素的試驗(yàn)研究及分析，對(duì)黃土的濕陷原因與機(jī)理進(jìn)行如下的分析。

人們?cè)缇椭傈S土濕陷的原因具有外因和內(nèi)因之分，且外因是通過內(nèi)因起作用的，那么外因是通過什么樣的內(nèi)因，又是怎樣起作用的，則為黃土濕陷的機(jī)理。

濕陷性黃土的物質(zhì)組成以粒徑大于0.005 mm的粉粒含量為主，起著骨架顆粒的作用，由于黃土是在干旱半干旱的氣候條件下堆積，骨架顆粒間的干摩擦力阻礙顆粒緊密排列，而造成大量的架空孔隙，粒徑小于0.005 mm的物質(zhì)在黃土中起著膠結(jié)作用，由X線能譜分析可知，這些物質(zhì)主要為粘土礦物，陪伴氧化物及碳酸鈣，使顆粒間產(chǎn)生一定的連結(jié)強(qiáng)度，黃土具有一定的孔隙水，它們主要集聚在顆粒連結(jié)處呈不連續(xù)分布。這是濕陷性黃土的主要結(jié)構(gòu)特征。黃土結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)度主要取決于黃土的連結(jié)強(qiáng)度。連結(jié)強(qiáng)度主要是上覆荷重所傳遞的有效法向應(yīng)力，粒間的摩擦力與膠結(jié)物的連結(jié)強(qiáng)度。

黃土的濕陷性隨含水量的變化而變化，因?yàn)辄S土的連結(jié)強(qiáng)度都隨著其含水量的變化而變化。黃土遇水后，有效法向應(yīng)力因孔隙水壓力增加而減小;由于水的潤滑作用，粒間的摩擦系數(shù)降低，粒間摩擦力相應(yīng)地就降低;非抗水的粘粒膠結(jié)物由于水膜楔入而距離拉大，連結(jié)強(qiáng)度變小?？傊蟠笙魅趿它S土的連結(jié)強(qiáng)度，黃土的強(qiáng)度自然會(huì)降低。所以水這個(gè)外因是通過這些內(nèi)因起作用的。

黃土在外部荷載作用時(shí)，由于濕陷性黃土的特殊的支架大孔結(jié)構(gòu)，而且其顆粒成分非常的不均勻，即使在均勻的外力作用下土骨架中所受到的應(yīng)力也是不均勻的，而是在土顆粒的膠結(jié)物上將發(fā)生應(yīng)力集中。在水的作用下骨架顆粒間的非抗水膠結(jié)物本身就發(fā)生了軟化，連結(jié)強(qiáng)度減弱，在應(yīng)力集中的情況下，就更容易發(fā)生破壞，當(dāng)殘留的連結(jié)強(qiáng)度抵抗不了使顆粒移動(dòng)的外力時(shí)，部分抗水膠結(jié)也被破壞，粒間接觸處發(fā)生斷裂，黃土的粒狀架空結(jié)構(gòu)體系崩潰，導(dǎo)致了黃土的濕陷。這就是黃土在外部荷載作用下的變形過程。

通過試驗(yàn)并在掃描電鏡下觀察表明，在一般的工程荷載下，黃土發(fā)生濕陷時(shí)，宏觀上的大孔，如根孔、蟲孔等并不發(fā)生破壞，主要發(fā)生破壞的是構(gòu)成黃土架空結(jié)構(gòu)的粒間孔隙。所以小孔隙是黃土濕陷的主要空間條件。

綜上所述，我們可以得出結(jié)論：黃土的濕陷性并不是受某個(gè)單一因素控制，而是多個(gè)因素綜合控制的結(jié)果。黃土的多孔性，架空結(jié)構(gòu)，特別是其中的結(jié)構(gòu)性孔隙的存在是黃土濕陷的空間條件;黃土在水與壓力的共同作用下發(fā)生的化學(xué)、物理化學(xué)作用導(dǎo)致粘粒膠結(jié)的強(qiáng)度降低，是黃土產(chǎn)生濕陷的基本原因;可溶鹽的存在及其含量對(duì)黃土濕陷性也造成一定的影響。

3 濕陷性黃土地基處理措施

1)地基處理措施：a.消除地基的全部濕陷量，若采用樁基、深基礎(chǔ)等，應(yīng)穿透全部濕陷性土層。b.消除地基的部分濕陷量，可采用換土墊層、夯實(shí)、擠密等方法。濕陷性土地基處理方法，應(yīng)根據(jù)建筑物的類別、濕陷性黃土的特性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較并注意施工條件和就地取材的原則。常用地基處理方法可按表1選用。

表1 濕陷性黃土地基處理常用方法

2)防水措施：a.基本防水措施，在建筑布置、場(chǎng)地排水、地面防水、散水等方面，防止雨水或生產(chǎn)生活用水滲入地基內(nèi)的各項(xiàng)措施。b.檢漏防水措施，在基本防水措施的基礎(chǔ)上，對(duì)防護(hù)范圍內(nèi)的地下管道增設(shè)檢漏管溝和檢漏井。c.嚴(yán)格防水措施，對(duì)重要建筑場(chǎng)地和高級(jí)別濕陷地基，在檢漏防水措施的基礎(chǔ)上，對(duì)防水地面、排水溝、檢漏管溝和檢漏井等設(shè)施提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如增設(shè)卷材防水層、采用鋼筋混凝土排水溝等。

3)結(jié)構(gòu)措施：減小建筑物的不均勻沉降，或使結(jié)構(gòu)物適應(yīng)地基的變形，建筑平面布置力求簡單，或用沉降縫分成若干個(gè)體型簡單的獨(dú)立單元，用增設(shè)圈梁、基礎(chǔ)梁、構(gòu)造柱等方法，加強(qiáng)建筑物上部結(jié)構(gòu)的整體剛度。

4 結(jié)語

在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行建設(shè)時(shí)，必須根據(jù)濕陷性黃土的特點(diǎn)和工程要求，因地制宜，采取以地基處理為主的綜合措施，消除地基的全部濕陷量或部分濕陷量，防止地基濕陷，保證建筑物的安全和正常使用。

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［6］ GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［7］ GB 50025-2004，濕陷性黃土地基建筑規(guī)范［S］.