土質(zhì)修正系數(shù)β0對(duì)濕陷性黃土場地的濕陷類型判定的影響

賈海亮

（山西省水利水電科學(xué)研究院 山西太原 030002）

濕陷性黃土在天然干燥的狀態(tài)下具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可承受一定的荷重，變形量也較小。但被水浸濕后，在自重或外部荷載作用下,其結(jié)構(gòu)迅速破壞，承載力急劇下降，產(chǎn)生濕陷變形，導(dǎo)致修筑在其上的建筑物（或構(gòu)筑物）最終因地基沉降而破壞。由于我國各地黃土堆積環(huán)境、地理、地質(zhì)和氣候條件的不同，致使其在堆積厚度、土的物理和力學(xué)性質(zhì)等方面都有明顯的差異，如濕陷性具有自西向東和自北向南逐漸減弱的規(guī)律。

由于因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)β0的取值不同，在判定濕陷性黃土場地類型及地基的濕陷等級(jí)時(shí)，會(huì)得出不同的判定結(jié)論，因此，有必要研究這一系數(shù)對(duì)工程實(shí)際地質(zhì)情況產(chǎn)生的影響，以便于區(qū)別各地區(qū)黃土性質(zhì)的差別，因地制宜搞好工程建設(shè)，使其更符合實(shí)際情況。

1 《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）的相關(guān)規(guī)定[1]

1.1 濕陷性黃土場地的濕陷類型判定規(guī)定

濕陷性黃土場地的濕陷類型分為自重濕陷與非自重濕陷兩種類型。當(dāng)濕陷性黃土地基或場地浸水后，沒有任何外部的附加荷載，僅在地基土的自重壓力作用下發(fā)生濕陷的，稱為自重濕陷性黃土場地；濕陷性黃土地基或場地沒有外部附加荷載的作用下浸水不發(fā)生濕陷，需要有一定的附加荷裁作用下浸水才能發(fā)生濕陷的，稱為非自重濕陷性黃土場地。濕陷性黃土場地的濕陷類型，應(yīng)按自重濕陷量的實(shí)測(cè)值△’zs或計(jì)算值△zs判定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

①當(dāng)自重濕陷量的實(shí)測(cè)值或計(jì)算值小于或等于70 mm時(shí)，應(yīng)定為非自重濕陷性黃土場地；

②當(dāng)自重濕陷量的實(shí)測(cè)值或計(jì)算值大于70 mm時(shí)，應(yīng)定為自重濕陷性黃土場地；

③當(dāng)自重濕陷量的實(shí)測(cè)值和計(jì)算值出現(xiàn)矛盾時(shí)，應(yīng)按自重濕陷量的實(shí)測(cè)值判定。

濕陷性黃土場地自重濕陷量的計(jì)算值△zs，按下式計(jì)算：

式中：δZSi——第i層土在上覆土的飽和（飽和度Sr＞0.85）自重壓力下的自重濕陷系數(shù)；

hi——第i層土的厚度，mm；

β0——因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)。隴西地區(qū)取1.5；隴東-陜北-晉西地區(qū)取1.2；關(guān)中地區(qū)取1.0；其他地區(qū)取0.5。

濕陷量的計(jì)算值△s，按下式計(jì)算：

式中:δSi——第i層土的濕陷系數(shù)；

hi——第i層土的厚度，mm；

β——考慮地基土的側(cè)向擠出和浸水機(jī)率等因素的修正系數(shù)?；紫?～5 m深度內(nèi)，計(jì)算時(shí)取1.5；基底下5～10 m深度內(nèi)，計(jì)算時(shí)取1.0。

1.2 規(guī)范規(guī)定的濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)判定

根據(jù)自重濕陷量的計(jì)算值與濕陷量的計(jì)算值等因素，對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行等級(jí)劃分,見表1。

表1 濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)

2 問題的提出及實(shí)驗(yàn)方法

2.1 問題的提出

從以上規(guī)范的規(guī)定中，不難看出：自重濕陷量的實(shí)測(cè)值相對(duì)比計(jì)算值重要，同時(shí)，在系數(shù)β0選取上也有四種不同規(guī)定。那么，系數(shù)β0的選取究竟對(duì)濕陷性黃土場地類型及地基濕陷等級(jí)的判定有多大的影響呢？下面，就通過對(duì)比試驗(yàn)來探究這個(gè)問題。

①采用室內(nèi)壓縮試驗(yàn)確定各層黃土的濕陷系數(shù)，根據(jù)β0的不同取值（按照規(guī)范的規(guī)定，在山西地區(qū)系數(shù)β0可選取1.2或0.5）分別確定濕陷性黃土自重濕陷量的計(jì)算值和濕陷量的計(jì)算值，通過以上計(jì)算值的對(duì)比分析，來判斷β0取不同值時(shí)對(duì)黃土場地類型及地基濕陷等級(jí)的影響。

②采用現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)來確定自重濕陷量的實(shí)測(cè)值，并計(jì)算自重濕陷量的實(shí)測(cè)值與自重濕陷量計(jì)算值的比值，分析這一比值與不同β0值獲取的計(jì)算值對(duì)濕陷性黃土場地類型及地基濕陷等級(jí)判定結(jié)果的影響。

2.2 采用的實(shí)驗(yàn)方法

室內(nèi)試驗(yàn)所選取的黃土土樣按照標(biāo)準(zhǔn)取樣方法，沿探井深度方向按照2 m、4 m、6 m、8 m、10 m深度分別取樣。室內(nèi)壓縮試驗(yàn)的規(guī)定壓力選擇：25 kPa 、50 kPa、100 kPa、150 kPa、200 kPa及自重壓力6組。加壓時(shí)每級(jí)壓力增量為25 kPa。試樣浸水前后的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)均為每小時(shí)的下沉量不大于0.01 mm。通過室內(nèi)壓縮試驗(yàn)可以測(cè)定出不同厚度層黃土的濕陷系數(shù)及自重濕陷系數(shù)，分別代入濕陷量的計(jì)算值及自重濕陷量的計(jì)算值公式中，即可求出取樣點(diǎn)處的濕陷量計(jì)算值及自重濕陷量計(jì)算值。

現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004的規(guī)定布置。試坑設(shè)置為直徑10 m的圓形?？由?.6 m，坑底鋪設(shè)厚100 mm的砂礫石層，并沿徑向?qū)ΨQ布置滲水孔8個(gè)?？變?nèi)充滿砂礫石。試坑內(nèi)共設(shè)置標(biāo)尺13個(gè)，中心點(diǎn)1個(gè)，距中心點(diǎn)1 m、2 m、4 m處分別對(duì)稱設(shè)置4個(gè)。在進(jìn)行現(xiàn)場浸水試驗(yàn)前，對(duì)所有試驗(yàn)地段均進(jìn)行了釬探，排除了墓穴等干擾因素。通過現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)來確定研究地段自重濕陷量的實(shí)測(cè)值。布置圖見圖1。

圖1 現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)布置圖

3 工程實(shí)例及試驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)比試驗(yàn)的試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在山西禹門口提水東擴(kuò)工程的PCCP管線上。工程所在地既經(jīng)過隴東-陜北-晉西地區(qū)又經(jīng)過山西-冀北地區(qū)（這一地區(qū)屬于其他地區(qū)），因此，β0值既可以選取1.2、又可以選取0.5。那么究竟應(yīng)該選取哪一個(gè)值來進(jìn)行計(jì)算和判斷較為合理呢？通過具體的實(shí)例來說明。

在48.8 km的工程沿線取樣49處，完成室內(nèi)壓縮試驗(yàn)200余組，室外試坑浸水試驗(yàn)兩組。表2、表3是對(duì)49處室內(nèi)試驗(yàn)在選取不同β0值時(shí)所做的對(duì)比分析。

表2 β0值對(duì)濕陷性黃土濕陷等級(jí)判定的影響表

當(dāng)β0分別取值1.2和0.5時(shí)，從工程48.8 km管道沿線的地基濕陷等級(jí)的判定結(jié)果可以看出：49處取樣點(diǎn)中共有27處的判定結(jié)果發(fā)生了變化，約占取樣總量的55%，可見β0取值不同對(duì)濕陷等級(jí)判定影響較大。

通過室外現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)，得到工程所在地的兩組自重濕陷量的實(shí)測(cè)值。其中，北莊村處為74.2 mm；東林陀村處為31 mm。實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的判定結(jié)論見表4。

表4 同一試驗(yàn)點(diǎn)室內(nèi)、外試驗(yàn)判定的結(jié)論

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

1）由表2、表3得出：當(dāng)β0取值1.2時(shí)，濕陷性相對(duì)較弱的非自重Ⅰ級(jí)及自重Ⅱ級(jí)所占比重為59.6%，濕陷性較強(qiáng)的自重Ⅲ級(jí)及自重Ⅳ級(jí)所占比重為40.4%；而當(dāng)β0取值0.5時(shí)，濕陷性相對(duì)較弱的非自重Ⅰ級(jí)及自重Ⅱ級(jí)所占比重為90.8%，濕陷性較強(qiáng)的自重Ⅲ級(jí)及自重Ⅳ級(jí)所占比重為9.2%。因此，β0的不同取值對(duì)濕陷等級(jí)的判定影響是很大的，使用計(jì)算值來進(jìn)行判定時(shí)，β0值的選取尤為重要。

2）從北莊村的室內(nèi)、室外判定結(jié)果來看，室內(nèi)試驗(yàn)判定結(jié)論與現(xiàn)場試驗(yàn)判定結(jié)論一致。這是由于北莊村自重濕陷量的實(shí)測(cè)值74.2 mm與室內(nèi)試驗(yàn)計(jì)算值198.0 mm的比值為0.37，與β0的取值0.5較為接近，而規(guī)范本身考慮了這一誤差因素，因此判定結(jié)論一致。

3）從東林陀村的室內(nèi)、室外判定結(jié)果來看，室內(nèi)試驗(yàn)判定結(jié)論與現(xiàn)場試驗(yàn)判定結(jié)論不一致。這是由于東林陀村自重濕陷量的實(shí)測(cè)值31 mm與室內(nèi)試驗(yàn)計(jì)算值221.8 mm的比值為0.14，與β0的取值0.5偏差較大，超出了規(guī)范本身對(duì)這一誤差因素的考慮，因此判定結(jié)論發(fā)生了不一致。

4）本工程中，如果使用室內(nèi)計(jì)算值來判定黃土場地類型及地基濕陷等級(jí)，β0的取值選用0.5相對(duì)較為合理。

5 結(jié)論

通過以上的分析，我們可以看到：土質(zhì)修正系數(shù)β0的合理選取對(duì)濕陷性黃土場地濕陷類型及地基的濕陷等級(jí)的判定起到非常關(guān)鍵的作用，而規(guī)范中規(guī)定的β0值與現(xiàn)場的實(shí)測(cè)值比較會(huì)存在一定的誤差，當(dāng)誤差超出規(guī)范考慮的范圍時(shí)，對(duì)場地濕陷類型的判定就會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)論。因此，建議在工程比較重要的地區(qū)應(yīng)增加室外試驗(yàn)進(jìn)行判定，以利于對(duì)場地濕陷類型的準(zhǔn)確判定。

［1］羅宇生,文君,田春顯,等.濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GB50025-2004）［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004,17-19.