濕陷性黃土場地地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估探析

趙鐵峰

河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊(duì) 450016

濕陷性黃土場地地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估探析

趙鐵峰

河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊(duì) 450016

河南西部是我國濕陷性黃土分布的主要地區(qū)之一， 黃土總厚度約0～94m，濕陷性黃土厚度約0～10m，豫西黃土堆積從第四紀(jì)中更新世開始，直到全新世都有堆積。(1)全新世黃土(Q4eol)：褐灰色亞砂土，土壤結(jié)構(gòu)清晰的現(xiàn)代耕作層和全新世古土壤(S0)，厚度小于1.0m。(2)晚更新世馬蘭組黃土(Q3

eol)：包括1層黃土(L1)和1層紅褐色古土壤(S1)，黃土厚度小于10m，土質(zhì)疏松多孑L，古土壤厚度0.4～1.0m。(3)中更新世離石組黃土(Q2eol)：平行整合于馬蘭黃土之下，厚度34.91～70.0m，其中含7層紅褐色古土壤(s2 ～S8)，層序清晰完整，第五層古土壤(S )由密集的三個(gè)單層合成(紅三條)，土壤結(jié)構(gòu)清晰，各土層下均有含鈣結(jié)核(層)。

濕陷性黃土；評估；防治

1.黃土的物理力學(xué)性質(zhì)

不同時(shí)期、不同地帶黃土堆積環(huán)境、地理、地質(zhì)和氣候條件的不同，導(dǎo)致黃土在厚度、物理、力學(xué)性質(zhì)等方面都有明顯的差異，如豫西黃土的濕陷性具有從塬區(qū)到高階地再到低階地逐漸減弱的規(guī)律；從老到新呈現(xiàn)逐漸、增強(qiáng)的趨勢。豫西黃土主要分布在黃河南岸，一般為非自重濕陷性黃土，粉粒含量較高，濕陷敏感性弱，濕陷量不大。但在黃土厚度較厚的地方分布有自重濕陷性黃土性與區(qū)內(nèi)中心城鎮(zhèn)的工程建設(shè)關(guān)系密切。黃土的物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

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濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔隙和垂直節(jié)理，在天然濕度F，其壓縮性較低，強(qiáng)度較高，但遇水浸濕時(shí)，上的強(qiáng)度顯著降低，在附加壓力或在附加壓力與上的白蘑壓力下引起的濕陷變形，是一種F沉量大、下沉速度快的失穩(wěn)性變形，對建筑物危害性大。采用擠密樁法用于處理濕陷性黃土地基“J”，可有效地消除土的濕陷性和提高地基承載力。鉆孔擠密樁（21復(fù)合地基）又稱鉆孔夯擴(kuò)擠密復(fù)合樁、孔內(nèi)深層強(qiáng)夯(DDC工法)HJ，是對所需處理的地基預(yù)鉆孔，然后向孔內(nèi)投料，再用特制重錘在孔內(nèi)夯實(shí)，使填料側(cè)向擠壓，從側(cè)向擠密上或?qū)⑻盍蟼?cè)向擠入(摻入與置換)土層中。本文主要針對某擬建電廠工程的濕陷性黃土地基開展的現(xiàn)場原體試驗(yàn)，重點(diǎn)進(jìn)行了自然工況和浸水工況下的試驗(yàn)研究，對地基處理效果進(jìn)行了綜合評價(jià)。

2.濕陷性黃土地基治理

勘察成果(巖土工程勘察報(bào)告)，除了對場地進(jìn)行工程性質(zhì)評價(jià)外，還應(yīng)在報(bào)告中提出供設(shè)計(jì)人員選擇的經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、技術(shù)可行的地基處理措施和地基基礎(chǔ)方案，同時(shí)提供相應(yīng)的地基設(shè)計(jì)參數(shù)。目前，豫西地區(qū)所采取的地基處理方法較多，常用的主要有墊層、重錘夯、強(qiáng)夯、灰土樁、土樁、碎石樁等，近些年來樁、墩基礎(chǔ)也越來越多，從勘察、設(shè)計(jì)、施工、檢驗(yàn)都取得了較好的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)。濕陷性黃土地基處理的要求，在國標(biāo)《規(guī)范》GB50025—2004中對各類建筑(甲、乙、丙、丁)有詳細(xì)的規(guī)定。豫西建筑地基一般屬I級非自重濕陷性黃土地基，《規(guī)范》中規(guī)定，I級濕陷性黃土地基上的丙類單層建筑可不處理地基，但我們認(rèn)為應(yīng)采取結(jié)構(gòu)措施和基本防水措施。據(jù)洛陽市已建建筑物調(diào)查情況，凡是未做地基處理的，不管是否采取了結(jié)構(gòu)措施和基本防水措施，大部分建筑物不同程度地出了問題。如洛陽市五十、六十年代的房屋建筑大部分都開裂變形，尤其在新近堆積黃土狀土地基上的房子長高比大于3的百分之九十以上開裂，長高比小于3大于2.5的大都有開裂(磚混結(jié)構(gòu))。八十年代以前的丙類建筑(洛陽市)大部分沒做地基處理，現(xiàn)在大部分都發(fā)生了開裂變形。另據(jù)機(jī)械四院資料介紹，該院1963年所建房屋，屬I級非自重濕陷性黃土地基，地基采用灰土墊層處理，1976年以前全部完好，而后都相繼產(chǎn)生了不同程度的開裂。究其原因，主要是基本防水措施在設(shè)計(jì)、施工中存在問題，或因年久失修，如下水管道破漏，造成地基浸水，建筑物產(chǎn)生不均勻沉降，致使建筑物開裂。因此，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，在I級濕陷性黃土地基上的丙類建筑地基也需要處理，尤其是新近堆積黃土地基更需處理，以免建筑物遭受變形破壞。本地區(qū)常用的地基處理方法簡述如下：

(1)墊層法：在本地區(qū)丙類建筑物中常用，孟津縣約90% 以上的多層建筑物都采用墊層法處理，很好保證了建筑物安全。在黃土規(guī)范中對墊層法做了詳細(xì)的規(guī)定，分為局部墊層和整體墊層，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)采用局部墊層處理時(shí)，在有上、下水道的地方墊層(灰土等)要厚一些，一般不小于30em，最厚1.5～2.5m。有時(shí)為了提高地基承載力，調(diào)整地基不均性，設(shè)置較厚的整片墊層，如洛銅小區(qū)商住樓，洛財(cái)7層商住樓，及上陽宮小區(qū)商住樓均采用整片厚墊層法處理，效果很好。

(2)擠密樁法：本地區(qū)一般采用沉管擠密法，可分為碎石擠密樁法和灰土(素土)擠密樁法，在洛陽市、洛寧縣、偃師市等地廣泛應(yīng)用，除用于乙、丙類建筑外，還用于甲類建筑，這種方法不僅可消除較厚的濕陷性土層的濕陷性，又可提高樁間土的承載力，本地區(qū)樁長3～5m，樁位布置按規(guī)范要求執(zhí)行。在勘察工作中，應(yīng)考慮若有可能采用擠密樁處理，就應(yīng)對需處理的土層做擊實(shí)試驗(yàn)，提供最大干容重作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

(3)掏土成孔樁法：此種方法沒有擠密作用，主要目的是為提高地基承載力，在丙類建筑中應(yīng)用越來越廣，尤其是在飽和黃土或高濕度黃土地基中廣泛應(yīng)用，如洛陽、偃師、鞏義等地，其布樁方案形式多樣，以樁土置換率m來控制。這種復(fù)合地基的成敗與否關(guān)鍵在于回填夯實(shí)的質(zhì)量，灰土回填壓實(shí)系數(shù)，各部門規(guī)范有不同規(guī)定。多年來研究認(rèn)為，本地區(qū)一般壓實(shí)系數(shù)應(yīng)為0.93～0.96(探井大環(huán)刀取樣測定)，值得重視的是在灰土樁之上，必須做灰土墊層，以減少樁土應(yīng)力比，充分發(fā)揮樁間土的作用。設(shè)計(jì)和施工中還應(yīng)特別注意嚴(yán)格執(zhí)行操作程度，保證施工質(zhì)量。

(4)強(qiáng)夯法：近年來，強(qiáng)夯法在處理位于地下水位以上濕陷性場地的各類建筑物中廣泛應(yīng)用，如洛陽、孟津、偃師、新安等地多次使用，效果良好，首陽山電廠在灰壩地基處理中采用強(qiáng)夯法，取得了很滿意的效果，至今壩基安全穩(wěn)定。

(5)樁基礎(chǔ)處理法：灌柱樁在本地區(qū)廣泛應(yīng)用于乙、丙類建筑中，值得注意樁的摩阻力應(yīng)按飽和狀態(tài)取值，在高孔隙比的黃土中，地基浸水后摩阻力很低。樁底端應(yīng)支撐在壓縮性較低的非濕陷性土層或基巖中。也應(yīng)注意樁徑的設(shè)計(jì)，盡量選用樁徑較小，樁長較短，入土深度較淺的布樁方案。對于甲類建筑一般用下伏的穩(wěn)定的砂卵石作為持力層。鞏義市某廠場地屬I級非自重濕陷性黃土，厚度1.5—9.0m，為不均勻地基，按條形基礎(chǔ)驗(yàn)算，地基強(qiáng)度能滿足上部荷載要求，但因持力層強(qiáng)度及壓縮性相差較大，采用天然地基時(shí)必須采取措施控制差異沉降，最終選用人工成孔灌柱樁(嵌巖樁)，經(jīng)過多年運(yùn)行，安全穩(wěn)定，建筑物運(yùn)行正常。

(6)擴(kuò)大墩法：大直徑擴(kuò)底墩作為一種基礎(chǔ)形式，墩身直徑大于0.65m，采用人工開挖或機(jī)械成孔，具有施工簡便，承載力高的特點(diǎn)。多用于工業(yè)廠房、多層住宅、8～l0層寫字樓等建筑物，擴(kuò)底墩的持力層必須是承載力較高，并有一定厚度的密實(shí)土層，其厚度不應(yīng)小于擴(kuò)底直徑的1.5～2.0倍，且在擴(kuò)底施工中有足夠的穩(wěn)定性。一般選擇十幾米深的古土壤層作為墩的持力層，其入土深度對黏性土和砂類土不小于1.5m，砂卵石層不小于0.5m。在勘察時(shí)應(yīng)對持力層作400～500kPa壓力下濕陷性試驗(yàn)，無濕陷性時(shí)方可作為持力層。此外，由于單墩的承載力高，必須嚴(yán)格保證墩的施工質(zhì)量，一旦發(fā)生質(zhì)量問題，承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或留下施工隱患，將產(chǎn)生難以處理的后果。

(7)噴粉樁：噴粉樁地基是近幾年來才廣泛用于地基處理，用來消除地基的濕陷性和提高地基的承載力。本區(qū)所用噴粉樁是用水泥漿作為固結(jié)劑(水泥攪拌樁)，通過深層攪拌機(jī)在地基一定深度內(nèi)鉆進(jìn)、攪拌，使水泥漿和土層充分拌和，凝結(jié)形成樁體，達(dá)到提高地基強(qiáng)度的目的。亦以置換率來控制(在設(shè)計(jì)施工前注意做土樣和水泥的摻和比室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場成樁試驗(yàn))。噴粉樁加固地基具有效益高、成本低、施工場地小、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，因而在地基處理應(yīng)用中必將愈來愈廣泛。

3.地形地貌

評估區(qū)位于黃河三級階地前緣，地勢北高南低，東高西低，微向黃河傾斜，自然地面標(biāo)高為364.21～385.49m，最大高差為21.28m。2006 年，三門峽市土地開發(fā)中心在三門峽市甘棠路西開展土地開發(fā)整理項(xiàng)目，由于人工削坡，形成了陡立的黃土邊坡。邊坡坡長約100m，坡寬約20～50m，坡高約13.2～20.9m，坡向分別為90°和140°，坡度近90°，邊坡北側(cè)部分有二級平臺，平臺高約6～10m，寬約0.5～1m。邊坡中部有數(shù)十處人為開挖的窯洞，距離地面約6m，窯洞深度有約3～10m，由于削坡，大部分已被黃土半充填。

4.地層

評估區(qū)地處黃河三級階地前緣，邊坡出露地層主要為第四系上更新統(tǒng)（Q3eol）黃土狀粉土、黃土狀粉質(zhì)黏土及中更新統(tǒng)（Q2eol）黃土狀粉土、黃土狀粉質(zhì)黏土。

5. 地質(zhì)構(gòu)造及區(qū)域地殼穩(wěn)定性

三門峽盆地?cái)嗔褬?gòu)造主要有北東向和北西向兩組，多為高角度正斷層，其中溫塘—會(huì)興斷裂為主干斷裂，走向NE48°，傾向NW，傾角55～70°，NW 盤下降，SE 盤上升，為一正斷層，斷距達(dá)3000m以上。李家凹斷裂走向近東西，斷面北傾，為控制三門峽盆地南界的主干斷裂。據(jù)三門峽市地震局資料，三門峽市及鄰近地區(qū)歷史上曾出現(xiàn)過里氏6 級以上地震，公元413～1998 年，先后發(fā)生過大小地震103次，造成破壞程度的有31 次。根據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的GB18306—2001《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.15g，地震基本烈度屬Ⅶ度區(qū)，區(qū)域地殼較穩(wěn)定，應(yīng)注意抗震設(shè)防。

6. 邊坡塌滑區(qū)范圍估算

依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002），邊坡塌滑區(qū)范圍可按下式估算：

L=H/tgΘ

L—邊坡坡頂滑塌區(qū)邊緣至坡底邊緣的水平投影距離（m）；

H—邊坡的高度（m）；

Θ—邊坡的破裂角，Θ=45°+Φ/2;

Φ—土體的內(nèi)摩擦角。

分別對邊坡范圍內(nèi)選取七個(gè)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)邊坡的工程地質(zhì)條件，內(nèi)摩擦角Φ 取經(jīng)驗(yàn)值=25.9°，得出tgΘ=1.60，H=13.16～20.92m。得出邊坡塌滑范圍為L=8.23～13.08m。

7. 結(jié)論與防治措施

7.1 結(jié)論

（1）三門峽市甘棠路西棉紡廠家屬院東側(cè)邊坡位于黃河三級階地前緣，巖性主要為第四系中更新統(tǒng)及上更新統(tǒng)黃土狀粉土、粉質(zhì)黏土，黃土具濕陷性。邊坡長約100m，寬約20～50m，高約13.2～20.9m，坡向90°和140°，坡度近90°，影響該邊坡穩(wěn)定性的因素主要有地質(zhì)、降雨和人為因素。目前邊坡前緣頂部有小裂縫，坡體排水系統(tǒng)受損，據(jù)此判定邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）現(xiàn)狀條件下，評估區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滑坡、泥石流、地面塌陷及地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害。評估區(qū)內(nèi)存在崩塌、地裂縫地質(zhì)災(zāi)害，其中崩塌的危險(xiǎn)性中等，地裂縫的危險(xiǎn)性小。

7.2 防治措施

針對評估區(qū)邊坡的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，建議采取以下防治措施：

（1） 完善邊坡排水系統(tǒng)，并嚴(yán)格按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）設(shè)置排水措施。

（2）建議在邊坡前緣留有一定安全距離，禁止工程建設(shè)，以避免崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的危害。

（3）由于該邊坡高度較大，建議進(jìn)行分級放坡，設(shè)置重力式擋墻進(jìn)行支護(hù)，可在坡面修建護(hù)坡，對邊坡表層進(jìn)行防護(hù)。

(4) 建議進(jìn)行邊坡巖土工程勘查，并依據(jù)勘查成果進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.007