黃土濕陷性的危害及處理措施

馮沛濤

(山西省運城市水利勘察院)

1 黃土濕陷性危害性實例

2010年6月，北趙引黃工程試上水，總干渠5+730－6+250段渠線兩側(cè)出現(xiàn)多處裂縫，影響了工程的正常使用。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，該段渠線為自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級為Ⅲ級(嚴(yán)重)，在使用過程中由于地表水的滲入使黃土層濕陷、變軟，導(dǎo)致渠線由于不均勻沉降產(chǎn)生變形、開裂。

此類由于黃土濕陷性造成重大危害的案例，在我省范圍內(nèi)及廣大黃土地區(qū)很多。

2008年4月15日19時30分左右，太原市陽曲縣黃寨鎮(zhèn)黃寨村劉家堡北側(cè)發(fā)生一起黃土坍塌地質(zhì)災(zāi)害，15間房屋被破壞，但沒有造成人員傷亡。據(jù)太原市國土資源局介紹，災(zāi)害原因是由于地下水位抬升，引發(fā)黃土濕陷性坍塌。坍塌體長約70 m，寬約16 m，高約20 m。由于預(yù)警及時，現(xiàn)場處置合理，沒有發(fā)生人員傷亡。

2008年9月7日晚，太原市杏花嶺區(qū)楊家峪村由于雨水和地面污水共同作用，出現(xiàn)了大面積濕陷性黃土塌陷，造成部分道路和房屋塌陷、裂縫。災(zāi)害直接威脅著東北側(cè)4戶和西南側(cè)10余m高土崖下的10戶居民的窯洞和平房，以及56人的生命安全。間接威脅周邊東山煤礦的3座6層家屬樓，居住有150余戶700口人左右，以及周邊的其他零散住戶，經(jīng)濟(jì)損失無法預(yù)計，后果不堪設(shè)想。后來經(jīng)多方共同努力，及時處理，妥善安置，才成功避險了一起濕陷性黃土塌陷地質(zhì)災(zāi)害。

2 黃土的分布及濕陷機(jī)理

黃土主要為黃色的特殊第四紀(jì)沉積物，是在干旱氣候條件下形成的特種土，一般為淺黃、灰黃或黃褐色，色調(diào)有深淺差異，具有目視可見的大孔和垂直節(jié)理。顆粒級配均勻，顆粒成分中粉土粒組含量高達(dá)50% －60%以上，且以粗粉土粒組(0.05－0.01 mm)為主。含有大量的碳酸鹽，含量一般在6%－8%以上。黃土還具有其他一些特征，例如無層理性，具大孔隙和空間，含有植物根莖的遺跡，具垂直劈理，以及遇水濕陷等。黃土覆蓋著全球陸地表面的11%左右，集中分布于溫帶和沙漠帶前緣的半干旱地區(qū)。中國黃土的分布面積達(dá)44萬km2，特別是在黃河中游地區(qū)，100－200 m厚的黃土連續(xù)覆蓋面積約為27.3萬km2，形成世界罕見的黃土高原。主要分布在我國陜西、甘肅、山西大部分地區(qū)，寧夏、河北、內(nèi)蒙古、東北三省及青海等地也有分布。

黃土，在覆蓋土層的自重壓力下或自重壓力和建筑物的共同壓力作用下，并受到水的浸擾后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，伴隨顯著下沉，其強(qiáng)度和承載力也隨之降低，這種現(xiàn)象叫做黃土濕陷。由于黃土這種遇水后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，發(fā)生顯著的附加下沉，故稱之為濕陷性黃土。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025－2004)的規(guī)定，濕陷系數(shù)≥0.015時，稱為濕陷性黃土;當(dāng)濕陷系數(shù)＜0.015時，稱為非濕陷性黃土。濕陷性黃土分為自重濕陷性和非自重濕陷性兩種，它主要為后于晚更新世(Q3)的馬蘭黃土(中國第四紀(jì)黃土分期名稱之一)，標(biāo)準(zhǔn)剖面地點在北京市門頭溝區(qū)齋堂川北山坡上，因附近清水河右岸有馬蘭階地而命名。馬蘭黃土為淡灰黃色，疏松、無層理，底部見有基巖碎屑。其生成期較山西離石—午城黃土為晚，屬上更新統(tǒng)沉積物。馬蘭黃土廣泛分布于燕山南麓、太行山東麓及山東泰山、魯山山麓和山東半島北側(cè)山麓與山間盆地中。還有一種屬于全新世(Q4)的黃土狀土(是由坡積、沖洪積等成因次生的一種黃土)，呈黃色、黃褐色，具有近代堆積的特點，廣泛分布于我國東北、西北、華中和華東部分地區(qū)，也多具濕陷性。黃土濕陷的發(fā)生一般是貯水構(gòu)筑物或輸水管道漏水、生產(chǎn)和生活用水等滲入地下，或由于降水量較大而滲入和積聚以及地下水位上升等而引起的。

3 黃土濕陷的危害及其處理措施

黃土濕陷的危害主要表現(xiàn)在突然毀壞城鎮(zhèn)設(shè)施、工程建筑、農(nóng)田，干擾破壞交通線路，造成人員傷亡。所造成的建筑物地基的濕陷變形往往是不均勻的，屬于失穩(wěn)型的地基變形，一般在1－2 d內(nèi)就可能產(chǎn)生20－30 cm的變形量。這種數(shù)量大、速度快、而又不均勻的地基變形正是建筑物所難以適應(yīng)的，往往會造成水塔、煙囪等高聳構(gòu)筑物嚴(yán)重傾斜，房屋墻身破壞，梁、柱等承重結(jié)構(gòu)開裂，以及機(jī)器基礎(chǔ)傾斜等惡果。預(yù)防黃土濕陷的主要措施如下。

3.1 基本消除基礎(chǔ)已有土層的濕陷性

常用方法有強(qiáng)夯、換土、擠密樁等。這是對于土層較薄(10 m以內(nèi))時采用的辦法。當(dāng)土層深厚時，常用辦法就是預(yù)浸水處理。這類辦法是通過工程措施，針對濕陷土層本身進(jìn)行處理，改善其土壤結(jié)構(gòu)和基本特性，以達(dá)到消除其濕陷性的目的。這種方法的缺點是對于深厚濕陷性黃土來說耗時太長，往往影響工期。優(yōu)點是施工方便，費用較低。

3.2 建筑物基礎(chǔ)穿透濕陷性黃土層

使建筑物基礎(chǔ)穿透濕陷性黃土層，傳力于濕陷土層以下的持力土層上，達(dá)到躲過濕陷性黃土層的目的。常用方法就是加深樁基，尤以灌注樁為主。這種方法避過了濕陷性土層，使基礎(chǔ)傳力于濕陷土層以下的持力土層上，相對來說比較安全可靠，所以被廣泛應(yīng)用于比較重要的獨立建筑物的基礎(chǔ)處理。缺點是投資費用較大。

3.3 充分作好建筑物基礎(chǔ)的隔水層

充分作好建筑物基礎(chǔ)的隔水層，使基礎(chǔ)濕陷性黃土地基無法浸水，以達(dá)到避免地基濕陷的目的。常用的隔水材料有灰土、油氈以及各種PVC和PE膜。這種方法常常用于對基礎(chǔ)承載力要求不高的設(shè)施，如游泳池、供水管線、渠道等。

此外，應(yīng)對建筑物的使用條件和所處的周邊環(huán)境作適當(dāng)調(diào)查，具體問題具體分析，只要建筑物的基礎(chǔ)承載力滿足要求，外界來水又無法浸濕濕陷性地基時，則可以考慮將建筑物基礎(chǔ)坐落于濕陷土層上。事實上，很多游泳池、輸水渠(管)道也就建在濕陷性土層上。對于基礎(chǔ)承載力要求較高的較大型的建筑物如箱基等，當(dāng)基礎(chǔ)埋深較大時，其地基承載力常常是可以滿足要求的，此時就可以考慮不消除其地基土層的濕陷性，只要作好隔水處理即可。這樣處理可以節(jié)約大量資金和工期，對于中小型深基坑廠房及輸水渠(管)道很值得借鑒。

另外，對長度較大、形體復(fù)雜的結(jié)構(gòu)物尚應(yīng)采取結(jié)構(gòu)措施，如采用沉降縫將其分為若干獨立單元，包括加大基礎(chǔ)剛度使受力較均勻等措施。

4 結(jié)語

濕陷性黃土在我國分布較廣，各地積累的工程經(jīng)驗也比較豐富，以上僅是個人的一點體會和看法，提出來和大家探討，不妥之處，請批評指正。