濟(jì)南市黃土的濕陷機(jī)理與地基濕陷性評(píng)價(jià)

王霞 謝一鳴 謝孔金

【摘?要】本文簡(jiǎn)要分析濟(jì)南市黃土的分布特征及其濕陷機(jī)理和危害，闡述了黃土的濕陷性試驗(yàn)方法，明確了黃土場(chǎng)地的地基濕陷性評(píng)價(jià)方法和濕陷等級(jí)劃分，總結(jié)了濟(jì)南地區(qū)黃土的濕陷類(lèi)型和濕陷等級(jí)。

【關(guān)鍵詞】黃土;濕陷性;濕陷系數(shù);濕陷等級(jí)

Collapsing Mechanism and Foundation Collapsibility Evaluation of Loess in Jinan City

Wang-xia1， Xie yi-ming2，Xie kong-jin3

（1.Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.， Ltd?Ji'nan?Shandong?250101;

2.School of Civil Engineering，Shandong Jianzhu University?Jinan?Shandong?250101;

3.Shandong Zhengyuan Geological Resources Exploration Co.， Ltd?Ji'nan?Shandong?250101）

【Abstract】This paper briefly analyzes the distribution characteristics and collapsibility mechanism and damage of loess in Jinan City， expounds the collapsibility test method of loess， clarifies the evaluation method of foundation collapsibility and the classification of collapsibility level in loess site， and summarizes the loess of Jinan area. Collapking type and collapsibility level.

【Key words】Loess;Collapsibility;Collapsibility coefficient;Collapsibility level

1. 前言

（1）黃土是一種特殊的第四紀(jì)大陸疏松堆積物。黃土按成因分為原生黃土（黃土）和次生黃土（黃土狀土）。我國(guó)黃土堆積時(shí)代包括整個(gè)第四紀(jì)，面積達(dá)64萬(wàn)平方公里。目前，危害較大、研究較多的為濕陷性黃土，分布面積約27萬(wàn)平方公里。

（2）山東省濟(jì)南市南部山麓廣泛分布黃土，且多為濕陷性黃土，厚度幾米至十幾米，一般工業(yè)與民用建筑經(jīng)常以處理過(guò)的該層黃土作為基礎(chǔ)持力層。所以查明黃土地層的時(shí)代、成因、厚度、范圍、濕陷性、濕陷類(lèi)型及濕陷等級(jí)，并據(jù)此建議合理的地基處理方法和基礎(chǔ)方案及設(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)采取的防護(hù)措施，是黃土分布區(qū)巖土工程勘察中的首要任務(wù)之一。

2. 黃土的分布及特征

（1）濟(jì)南市位于山東省中部，是全省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科教中心。從大地構(gòu)造來(lái)說(shuō)，濟(jì)南市地處華北地臺(tái)（Ⅰ）、魯西臺(tái)背斜（Ⅱ）、魯西隆斷區(qū)（Ⅲ）、泰沂隆斷束（Ⅳ）、泰山斷塊凸起（Ⅴ）北緣的下古生界盆地內(nèi)，濟(jì)南市北部是平坦的黃河沖積平原，屬我國(guó)華北平原的東南邊緣。由于南高北低的地勢(shì)，從而形成了以興濟(jì)河為主的多條河流途徑市區(qū)流入小清河。

（2）濟(jì)南市屬暖溫帶半干旱半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，黃土主要分在南部群山周?chē)?，即各個(gè)山谷、沖溝兩側(cè)及溝谷處的沖洪積扇和山前坡積地帶，主要為經(jīng)七路以南的廣大地區(qū)及山前沖洪積扇地帶，成因以坡積、沖積及洪積為主，其主要特征是：顏色呈褐黃-黃褐色;土質(zhì)不甚均勻;粉粒含量較高;結(jié)構(gòu)疏松，具大孔隙;垂直節(jié)理發(fā)育;富含鈣質(zhì)粉末;一般具濕陷性和高壓縮性等。

3. 黃土的濕陷機(jī)理及其危害

3.1?黃土濕陷機(jī)理。

黃土的濕陷機(jī)理國(guó)內(nèi)外學(xué)者眾說(shuō)紛紜，如毛細(xì)管假說(shuō)、鹽溶假說(shuō)、膠體不足說(shuō)、水膜鍥入說(shuō)、欠壓密理論和結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)等，其中欠壓密理論有較多的支持者。該假說(shuō)認(rèn)為黃土是在干旱和半干旱條件下形成的，在干燥少雨的條件下，由于蒸發(fā)量大，水分不斷減少，鹽類(lèi)析出，膠體凝結(jié)，產(chǎn)生了加固粘聚力，在土濕度不很大的情況下，上覆土層不足以克服土中形成的加固粘聚力，因而形成欠壓密狀態(tài)，一旦受水浸濕，加固粘聚力消失，于是產(chǎn)生濕陷。

3.2?黃土濕陷危害。

黃土的濕陷性指黃土浸水后在外荷載或自重作用下發(fā)生下沉的現(xiàn)象。通常在自重壓力和附加壓力共同作用下產(chǎn)生濕陷的黃土稱非自重濕陷性黃土，而僅在自重壓力下就產(chǎn)生濕陷的黃土稱自重濕陷性黃土。黃土的濕陷性與黃土的結(jié)構(gòu)特征及膠體物質(zhì)的水理特征等密切相關(guān)。黃土的濕陷性對(duì)工程建筑的危害極大，黃土的濕陷變形是由于地基被水浸濕所引起的一種附加變形，這種變形往往是隨機(jī)的，任何時(shí)間任何地段都可能發(fā)生，而且變形的速率很大，并且不均勻，易造成地面塌陷，從而導(dǎo)致建筑物傾斜甚至產(chǎn)生裂縫等工程事故。因此，巖土工程勘察過(guò)程中，應(yīng)對(duì)黃土的濕陷性及地基濕陷等級(jí)作出正確評(píng)價(jià)，以減少工程隱患。

4. 黃土濕陷性試驗(yàn)

4.1?試驗(yàn)指標(biāo)。

（1）根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》和《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，為了判定黃土的濕陷性，并通過(guò)計(jì)算濕陷量和自重濕陷量最終確定地基濕陷等級(jí)，目前常用的試驗(yàn)指標(biāo)主要有：濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)、濕陷起始?jí)毫叭転V變形系數(shù)等。

（2）濕陷系數(shù)（δs）指單位厚度土體在一定壓力作用下變形穩(wěn)定后飽和浸水所產(chǎn)生的附加濕陷下沉量。

（3）自重濕陷系數(shù)（δzs）指對(duì)應(yīng)于土的飽和自重壓力作用下的濕陷系數(shù)。

（4）濕陷起始?jí)毫Γ≒sh）指黃土浸水發(fā)生濕陷所需要的最小壓力。

（5）溶濾變形系數(shù)（δwt）指黃土在一定壓力下及滲透水長(zhǎng)期作用下，由于鹽類(lèi)溶濾及土體中孔隙繼續(xù)被壓密而產(chǎn)生的垂直變形。

4.2?試驗(yàn)方法。

（1）黃土濕陷性指標(biāo)的確定，目前國(guó)內(nèi)外都采用單線法和雙線法兩種。

（2）單線法指切取5個(gè)環(huán)刀土樣，分別對(duì)每個(gè)土樣在天然濕度下分級(jí)加至不同的規(guī)定壓力，等壓縮穩(wěn)定后測(cè)試土樣高度，然后再加水浸濕，測(cè)下沉穩(wěn)定后的高度，再利用公式計(jì)算各級(jí)壓力下的濕陷系數(shù)，并繪制濕陷系數(shù)與壓力關(guān)系曲線（如圖1）。

（3）雙線法指切取2個(gè)環(huán)刀土樣，一個(gè)土樣在天然濕度下分級(jí)加壓至壓縮穩(wěn)定，并繪制壓縮曲線。另一個(gè)土樣在天然濕度下施加第一級(jí)壓力后浸水，直至第一級(jí)壓力下濕陷穩(wěn)定后，再分級(jí)加壓至試樣在各級(jí)壓力下浸水變形穩(wěn)定為止，并繪制出壓縮曲線，然后根據(jù)兩線的差值求出濕陷系數(shù)與壓力關(guān)系曲線（如圖2）。

5. 地基濕陷性評(píng)價(jià)

5.1?定性評(píng)價(jià)。

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，當(dāng)濕陷系數(shù)δs小于0.015時(shí)，應(yīng)定為非濕陷性黃土，當(dāng)濕陷系數(shù)δs大于0.015時(shí)，應(yīng)定為濕陷性黃土。測(cè)定濕陷系數(shù)的壓力應(yīng)自基礎(chǔ)底面（如基底標(biāo)高不確定時(shí)，自地面下1.5m）算起，10m以內(nèi)的土層應(yīng)用200KPa，10m以下至非濕陷性土層頂面，應(yīng)用其上覆土的飽和自重壓力（當(dāng)大于300KPa時(shí)，仍用300KPa），當(dāng)基底壓力大于300KPa時(shí)，宜用實(shí)際壓力，對(duì)壓縮性較高的新近堆積黃土，基底下5m以內(nèi)的土層宜用100～150KPa壓力，5～10m和10m以下至非濕陷性黃土層頂面，應(yīng)分別用200KPa和上覆土的飽和自重壓力。

5.2?濕陷類(lèi)型劃分。

（1）濕陷性分為自重濕陷性和非自重濕陷性，當(dāng)濕陷系數(shù)δs大于0.015時(shí)，應(yīng)定為濕陷性黃土。當(dāng)自重濕陷系數(shù)δzs大于0.015時(shí)，可以說(shuō)黃土具自重濕陷性，但并不能說(shuō)是自重濕陷性黃土場(chǎng)地，其劃分應(yīng)根據(jù)計(jì)算的自重濕陷量Δzs大小確定，當(dāng)計(jì)算的自重濕陷量Δzs大于70mm時(shí)，判定為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，當(dāng)計(jì)算的自重濕陷量Δzs小于70mm時(shí)，仍判定為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地。

自重濕陷量Δzs按下式計(jì)算：

Δzs=β0∑δzsihi

式中： δzsi——第i層土的自重濕陷系數(shù)

hi——第i層土的厚度

β0——因土質(zhì)地區(qū)而異的修正系數(shù)

（2）自重濕陷量Δzs的累計(jì)可自天然地面（當(dāng)挖、填方的厚度和面積較大時(shí)，自設(shè)計(jì)地面）算起，至其下部全部濕陷性黃土層的底面為止，其中自重濕陷系數(shù)δzs小于0.015的土層不應(yīng)累計(jì)。一般以探井?dāng)?shù)據(jù)為準(zhǔn)，且取樣間距宜為1.00m。

5.3?濕陷等級(jí)確定。

（1）根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，濕陷性黃土地基濕陷等級(jí)有四級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不僅考慮了黃土的自重濕陷量Δzs，而且利用了黃土的總濕陷量Δs，根據(jù)計(jì)算出的自重濕陷量Δzs和總濕陷量Δs，按下表1確定濕陷等級(jí)。

總濕陷量Δs按下式計(jì)算：

Δs=∑βδsihi

式中：δsi——第i層土的濕陷系數(shù)

hi——第i層土的厚度

β——考慮基底下地基土的受水浸濕可能性和側(cè)向擠出等因素的修正系數(shù)，在缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)，可按下列規(guī)定取值：基底下0～5m深度內(nèi)，取1.5;基底下5～10m深度內(nèi)，取1;基底下10m以下至非濕陷性黃土層頂面，在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，取工程所在地區(qū)的β0值。

（2）總濕陷量應(yīng)自基礎(chǔ)底面（如基底標(biāo)高不確定時(shí)，自地面下1.5m）算起;在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，累計(jì)至基底下10m（或地基壓縮層）深度止;在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，累計(jì)至非濕陷性土層頂面止。其中濕陷系數(shù)δs（10m以下為δzs）小于0.015的土層不累計(jì)。一般以探井?dāng)?shù)據(jù)為準(zhǔn)，且取樣間距宜為1.00m。

5.4?濕陷起始?jí)毫Φ膽?yīng)用。

濕陷起始?jí)毫?duì)判定黃土是

否具自重濕陷性有重要參考作用。一般情況下，在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，其濕陷起始?jí)毫偸堑陀谠撏恋娘柡妥灾貕毫?，在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷起始?jí)毫νǔ２恍∮谠撏恋娘柡妥灾貕毫?。?duì)濕陷性黃土場(chǎng)地來(lái)說(shuō)，濕陷起始?jí)毫Υ笮?duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及地基處理也有一定的指導(dǎo)作用。

6. 結(jié)束語(yǔ)

（1）濕陷性黃土屬特殊性巖土，不經(jīng)處理一般不能直接作基礎(chǔ)持力層，以免造成工程事故。黃土分布區(qū)的巖土工程勘察工作，應(yīng)嚴(yán)格按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，并宜布適量探井，以探井?dāng)?shù)據(jù)評(píng)價(jià)場(chǎng)地的地基濕陷等級(jí)。

（2）濟(jì)南市南部山麓廣泛分布黃土。一般情況下，場(chǎng)地的地基濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)（輕微），屬非自重濕陷性黃土場(chǎng)地。

參考文獻(xiàn)

[1]?中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GB50025-2004）[S]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2004.

[2]?中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50123-1999）[S]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1999.

[3]?中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）（2009年版）[S]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2009.

[4]?王汝秀.濟(jì)南市區(qū)濕陷性黃土的分布及特征[C].2002年全國(guó)巖土工程測(cè)試技術(shù)交流會(huì)論文集.2002.11.