董志塬區(qū)黃土高填方地基工后沉降特性試驗(yàn)研究

張興元 楊宏平 閆鐵成

（1甘肅省高校黃土工程性質(zhì)及工程應(yīng)用省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 慶陽 745000；2隴東學(xué)院土木工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000）

1 引 言

甘肅省慶陽市位于“天下第一黃土塬”—董志塬上[1]。隨著社會經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，黃土塬特有的梁峁地形成為了制約城市發(fā)展的主要因素，從而填溝造地形成的高填方地基便成為一種主要地基形式，但高填方地基后期沉降大，容易引起建筑物開裂破壞，本文主要針對此問題進(jìn)行研究。

對于黃土高填方的研究，目前主要從微觀機(jī)理和沉降變形兩個方面進(jìn)行研究，文獻(xiàn)[2]研究了水泥灰土樁—注漿體網(wǎng)的復(fù)合地基在填土地區(qū)的應(yīng)用，董琪等[3]通過數(shù)值模擬提出黃土高填方存在土拱效應(yīng)，朱才輝等[3]基于電阻率原理揭示了黃土高填方地基變形的微觀機(jī)理，梅源等[4]通過大尺寸原狀黃土與重塑黃土聯(lián)合制作模型，利用離心模型試驗(yàn)得出了Q2、Q3黃土深塹中高填方地基變形規(guī)律，姚仰平等[5]通過有限元方法和分層總和法，對高填方地基工后沉降進(jìn)行了計(jì)算，徐張健等[6]通過陜北某實(shí)際工程，研究了高填方地基的沉降觀測方法。

本文以慶陽市某小區(qū)填溝造地項(xiàng)目為背景，通過設(shè)置觀測點(diǎn)對回填土地基進(jìn)行長期觀測和鉆孔鉆芯取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)的方法，對慶陽董志塬區(qū)黃土高填方地基的工后沉降特性進(jìn)行分析。

2 工程概況

圖1 研究區(qū)地形圖

圖2 研究區(qū)溝谷橫斷面圖

研究區(qū)場地位于慶陽市黃土塬—董志塬上，原為某單位旁邊的一條V字形黃土沖溝，大體上呈西北～東南走向，溝谷兩側(cè)邊坡較陡，局部接近直立，詳見該項(xiàng)目地形圖1和溝谷橫斷面圖2。因項(xiàng)目需要對該溝進(jìn)行回填，采用分層碾壓的方法，歷時6個月回填完成，最大回填深度約為45m，回填土下方為原狀濕陷性黃土，濕陷等級為Ⅱ級到Ⅳ級不等，濕陷性黃土的厚度大于100m。在該場地內(nèi)共規(guī)劃擬建16棟樓，其中小高層3棟，11～12層，框剪結(jié)構(gòu)；多層12棟，為6層磚混結(jié)構(gòu)；商業(yè)樓1棟，4層框架結(jié)構(gòu)。

圖3 試驗(yàn)方案示意圖

3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

該場地回填結(jié)束后，在溝谷橫斷面的方向上做了6個永久性沉降觀測點(diǎn)（編號分別為1、2、3、4、5、6），選取距離場地外較遠(yuǎn)的穩(wěn)定土層上的絕對高程點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)（高程1297.86m），進(jìn)行回填土地基的沉降量的觀測。同時在該場地上進(jìn)行鉆孔取樣（鉆孔編號為zk1到zk6），研究土回填土沉降特性的影響因素。試驗(yàn)方案示意圖見圖3。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

圖4 沉降量與試驗(yàn)時間的關(guān)系圖

4.1 沉降量與試驗(yàn)時間的關(guān)系

研究區(qū)回填完成后，通過設(shè)置的6個沉降觀測點(diǎn)，對該場地進(jìn)行了為期2年的沉降觀測，本文選具有代表性的2號、3號和4號沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行分析，觀測結(jié)果見圖4。

由圖4可知，隨著時間的增長，回填土的沉降量總體上逐漸減小，在200天到250天之前，回填土的沉降速率較大，200天到250天之后，回填土的沉降速率趨于平緩。

同時，在沉降時間相同的情況下，4號沉降觀測點(diǎn)的沉降量最大，為79cm，2號沉降觀測點(diǎn)的沉降量最小，3號沉降觀測點(diǎn)的沉降量介于兩者之間。這說明在相同時間內(nèi)，溝谷處的沉降量最大，距離溝谷越遠(yuǎn)，沉降量越小。

4.2 含水率的影響

圖5 土樣含水率與深度的關(guān)系圖

圖5為zk4中土樣含水率與土樣深度的關(guān)系圖，從圖5中可知，16m以內(nèi)的回填土層含水率波動較大,16m以下回填土的含水率變化不明顯，因此，含水率只在16m以內(nèi)對回填土有影響，其他范圍內(nèi)影響不大。

4.3 干密度的影響

本文中將每個鉆孔中土樣的干密度取平均值，綜合沉降觀測點(diǎn)的沉降量進(jìn)行分析，結(jié)果見圖6所示。

圖6 沉降量與土樣干密度的關(guān)系圖

由圖6可知，隨著干密度增大，回填土的沉降量逐漸減小。從而說明干密度是回填土地基的一個重要指標(biāo)。

因此，對于黃土高填方地基，可以通過提高回填土干密度的方法，控制回填土的回填質(zhì)量。

4.4 壓實(shí)系數(shù)的影響

試驗(yàn)區(qū)采用分層碾壓的方法進(jìn)行回填，本文以zk4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果見圖7。由圖7可知，隨著取樣深度增加，地基土的壓實(shí)系數(shù)波動較大，并且大部分不大于0.95。這說明高填方地基回填不均勻，分層碾壓的壓實(shí)功偏小，應(yīng)采用高能級強(qiáng)夯法進(jìn)行黃土高填方地基的回填。

圖7 沉降量與地基壓實(shí)系數(shù)的關(guān)系圖

5 結(jié) 語

1)黃土高填方地基在回填后200天到250天左右工后沉降量較大，最大沉降量可達(dá)到79cm。

2)黃土高填方地基工后沉降在溝谷處較大，距離溝谷越遠(yuǎn)，沉降量越小。

3)干密度是影響黃土高填方地基工后沉降的主要因素，可以通過提高干密度的方法提高黃土的回填質(zhì)量，對于超厚的黃土高填方地基，宜采用高能級強(qiáng)夯進(jìn)行分層回填。

［1］趙景波,黃春長,朱顯謨.黃土高原的形成與發(fā)展[J].中國沙漠, 1999( 4): 333－337.

［2］程曉文.樁—網(wǎng)復(fù)合地基在黃土地區(qū)大厚度回填土中的應(yīng)用研究[D].蘭州.蘭州理工大學(xué),2011

［3］董琪,李陽,段旭等.黃土梁峁區(qū)高填方地基變形規(guī)律研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2016.24(2):309－314.

［4］梅源,胡長明,魏弋峰等. Q2、Q3 黃土深塹中高填方地基變形規(guī)律離心模型試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué),2015.36(12):3473－3481.

［5］姚仰平,祁生鈞,車力文等. Q高填方地基工后沉降計(jì)算[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2016.35(3):1－10.

［6］徐張健,馬宏敏,趙治海等.黃土地區(qū)大厚度填方地基填筑期間沉降變形監(jiān)測方法[J].工程勘察,2015.5:1－5.