勘探孔深度對大厚度濕陷性黃土場地濕陷性評價的影響

趙振財，明安泉，吳昊，朱希

(武漢市勘察設計有限公司，湖北 武漢 430022)

1 引 言

濕陷性黃土是一種特殊性巖土，具有土質較均勻、孔隙發(fā)育、結構較為疏松的顯著特征。黃土的結構決定了其水敏性和濕陷性[1]。對于大厚度濕陷性黃土，國內多位學者先后在不同區(qū)域、從不同角度、不同深度進行了大量的研究和論述，取得了諸多有價值的成果，這些研究和探索為濕陷性黃土地區(qū)的工程建設和相關規(guī)范的修訂完善提供了實踐素材。

在工程實踐方面，李國良[1]等針對黃土場地隧道地基的濕陷性評價和處理沒有專業(yè)規(guī)范的問題，結合案例，提出適用于隧道工程的濕陷性地基處理技術；周仁[2]等為驗證不同樁長的素土擠密樁地基處理效果，通過現場試驗，結合監(jiān)測數據，確定了試驗區(qū)安全經濟的大厚度濕陷性黃土地基處理方案；高虎艷[3]等提出了具有經濟節(jié)約、操作性強的深層散水等三種地鐵隧道黃土地基的處理方案。

在濕陷性黃土地基處理方面，文君[4]等系統(tǒng)總結了大厚度濕陷性黃土地區(qū)各類建筑物的地基處理方法；張世徑[5]等通過大面積的深層浸水試驗，為濕陷性黃土區(qū)地基處理深度與剩余濕陷量的合理控制提供了技術參考；邵生俊[6]等依據大量的現場浸水試驗和室內試驗結果，分析了不同地區(qū)黃土場地浸水自重濕陷變形實測值與計算值之間的關系；黃雪峰[7]等針對不同厚度自重濕陷性黃土場地上不同類別的建筑物，提出宜采取的相應地基處理厚度和剩余濕陷量控制標準；姚志華[8]、楊校輝[9]等提出了大厚度自重濕陷性黃土場地的濕陷臨界深度的概念和一些關于濕陷性評價方法和剩余濕陷量合理控制等問題的新認識。

此外，對于黃土物理指標與濕陷性的內在關系，張愛軍[10]等研究了黃土內部組成及結構與其濕陷性特征的關系；王志良[11]等發(fā)現了黃土的濕陷程度不同，抗剪強度發(fā)生快速變化的起始壓力也不同，且黃土抗剪強度參數的變化與濕陷系數之間存在著一定的相關性；劉祖典[12]、李萍[13]、武小鵬[14]及李雨濃[15]也先后在實踐和科研工作中開展了很多有意義的分析和探討，在評價黃土濕陷性等級方面具有工程實用價值。

近年來，隨著城市建設的高速發(fā)展，工程建設中面臨需處理濕陷性黃土的厚度也越來越大，對地基處理技術的適用性提出了更高的挑戰(zhàn)。現行規(guī)范[16]中對大厚度濕陷性黃土場地地基處理技術存在一定的局限性，突出表現在由于建筑場地濕陷性黃土下限深度較大，加之諸多外界因素的影響，使得乙、丙類建筑物勘探孔深度很難做到穿透濕陷性黃土而造成的濕陷性評價不準確、地基處理剩余濕陷量難以滿足規(guī)范要求及地基處理深度過大造成建設成本的增加等問題。對此類大厚度濕陷性黃土場地的勘探孔深度、濕陷性評價及地基處理問題愈來愈被巖土界人士所關注，現行黃土規(guī)范亟待改進和完善。

本文從勘探孔深度出發(fā)，選取兩個關中地區(qū)大厚度自重濕陷性黃土場地案例進行分析討論，結合現行規(guī)范[16]的規(guī)定，從質量安全、技術可行、經濟合理的立足點出發(fā)，探討大厚度濕陷性黃土場地勘探孔深度的確定方法、地基處理深度控制等問題，力圖為大厚度濕陷性黃土場地工程勘察與設計提供一定的參考。

2 大厚度濕陷性黃土的分布特征

黃土是第四紀干旱、半干旱氣候條件下形成的一種特殊土，在我國分布面積約 63.5萬km2，占全國陸地面積的6.6%，主要分布在我國西北、華北等地[1]。各地區(qū)的黃土總厚度差異也很大，我國的大厚度濕陷性黃土則主要分布在隴西地區(qū)和隴東陜北晉西地區(qū)，關中地區(qū)、山西冀北地區(qū)以及河南(豫西)地區(qū)的高階地上也有大面積分布。

從地貌單元上來看，大厚度濕陷性黃土主要分布于黃土梁、塬、峁及河流高階地，其分布厚度 10 m～50 m不等。該類黃土場地濕陷性強烈，且多具自重濕陷性，地基的濕陷等級多為自重Ⅲ～Ⅳ級，給工程建設的地基處理帶來一定的技術難度和經濟成本。表1為節(jié)選自規(guī)范[16]附表A中的大厚度濕陷性黃土分布一覽表。

大厚度濕陷性黃土分布一覽表 表1

然而，近年來的勘察資料顯示，位于關中渭河北部黃土臺塬的合陽、禮泉、咸陽一帶渭北臺塬 30 m孔深仍未穿透濕陷性黃土；甘肅隴西的高階地約 35 m孔深未穿透濕陷性黃土層；潼關與三門峽高階地約 50 m孔深未穿透濕陷性黃土土層，自重濕陷性土層分布深度大于 30 m，局部大于 50 m。以上區(qū)域濕陷性黃土分布厚度均已超過規(guī)范中提供參考的分布厚度數據。

3 工程實踐與現行規(guī)范之間存在的矛盾

巖土勘察時，在濕陷性黃土場地勘探孔深度的要求方面，《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004第4.2.4條規(guī)定：勘探點的深度應大于地基壓縮層的深度，并應符合上述規(guī)范中表4.2.4-2的規(guī)定或穿透濕陷性黃土層(表2)。

勘探點的深度(摘自規(guī)范[16]表4.2.4-2) 表2

在黃土地基處理方面，規(guī)范[16]第6章地基處理中給出了明確的規(guī)定，現就大厚度濕陷性黃土場地內工程建設的地基處理要求列于表3中。

黃土場地建筑地基處理要求 表3

然而，工程實踐中按上述規(guī)范的要求，往往會出現勘探孔深度已經滿足規(guī)范要求，但孔深并未穿透濕陷性黃土層的問題。由此可見，在大厚度濕陷性黃土分布深度范圍內，勘探孔深度對黃土自重濕陷量(△ZS)和濕陷量(△S)的計算結果至關重要，勘探孔的深淺會直接影響到按表4對濕陷性黃土場地類別和濕陷等級的判定結果，從而影響到后期地基基礎設計時地基土(濕陷性黃土)的處理厚度和剩余濕陷量的控制等地基基礎分析、評價的準確性，對大厚度濕陷性黃土場地內乙類和丙類建筑物地基處理的影響更加顯著。

濕陷性黃土地基的濕陷等級(摘自規(guī)范[16]表4.4.7) 表4

4 工程實例分析

4.1 咸陽某工業(yè)廠房項目

(1)項目概況

擬建項目為6棟1層生產廠房，基礎埋深 1.5 m，屬丙類建筑，地貌單元屬黃土臺塬，依據現行有關規(guī)范、規(guī)程，勘探點深度設計為 12.0 m～15.0 m，但現場勘察時發(fā)現 15 m以下的黃土仍發(fā)育有蟲孔和針狀孔隙，且有少量鈣質結核和蝸牛殼碎片等濕陷性土的外觀特征。故外業(yè)勘探工作中，將部分鉆孔不斷加深直至 35.0 m，在TZ7勘探點揭露場地內濕陷性黃土最大埋深為 33.0 m。場地揭露地層沉積韻律清晰，黃土和古土壤交替產出，水平和垂直方向地層變化不大，連續(xù)性好，上述地層結構反映了黃土臺塬中部地層構成的典型特征。

TZ7勘探點濕陷性計算結果列于表5，自重濕陷量(△ZS)和濕陷量(△S)的計算結果隨勘探點深度的變化趨勢如圖1所示。

咸陽周陵某工業(yè)廠房TZ7勘探點濕陷性計算結果 表5

圖1 TZ7勘探點濕陷量和自重濕陷量隨勘探點深度的變化趨勢圖

(2)勘探孔深度對濕陷性場地類別判定影響的分析

對照規(guī)范，我們不難發(fā)現，滿足規(guī)范要求布設的勘探孔深 15 m的勘察結果，經計算分析得出的結論為：擬建濕陷性黃土場地類別屬自重濕陷性黃土場地，場地濕陷等級為Ⅲ(嚴重)級，濕陷性黃土分布深度為 14.0 m。

然而，通過加大孔深至35 m(穿透濕陷性黃土)，準確的濕陷性判定結果應為：擬建濕陷性黃土場地類別屬自重濕陷性黃土場地，場地濕陷等級為Ⅳ(很嚴重)級，濕陷性黃土分布深度為 33.0 m。

(3)勘探孔深度對黃土地基濕陷性處理的影響

綜合擬建建筑物層高、基礎埋深及上述分析，根據 15 m勘探孔深度的判定結果，我們按前文表3給出的地基處理措施為：地基處理時宜整片處理，可采取灰土擠密樁進行地基處理，消除地基部分濕陷量的最小處理厚度不應小于 8.7 m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應大于 200 mm。

但是，根據加大孔深至35 m的判定結果，我們按前文表3給出的地基處理措施卻為：地基處理時宜整片處理，可采取灰土擠密樁進行地基處理，消除地基部分濕陷量的最小處理厚度不應小于 15.6 m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應大于 200 mm。

4.2 禮泉某中學建設項目

(1)項目概況

擬建1棟5層教學樓及其他附屬建筑，基礎埋深 2.0 m，均屬丙類建筑，地貌單元屬黃土塬，依據現行有關規(guī)范、規(guī)程，勘探點深度設計為 15.0 m～20.0 m，但根據附近場地勘察經驗，該區(qū)濕陷性黃土分布厚度約 30.0 m，且具自重濕陷性，故外業(yè)勘探時，將部分鉆孔加深至 30.0 m，在ZK1號孔揭露場地內濕陷性黃土最大埋深約 30.0 m。該場區(qū)揭露地層沉積韻律較為清晰，分布連續(xù)性較好，濕陷性土具大孔、針狀孔隙發(fā)育，且含少量蝸牛殼碎片的特征，反映了黃土塬前緣地層構成的典型特征。

ZK1號孔濕陷性計算結果列于表6，自重濕陷量(△ZS)和濕陷量(△S)的計算結果隨勘探點深度的變化趨勢如圖2所示。

禮泉某中學ZK1號孔濕陷性計算結果 表6

圖2 ZK1號孔濕陷量和自重濕陷量隨孔深的變化趨勢圖

(2)勘探孔深度對濕陷性場地類別判定影響的分析

對照規(guī)范，我們不難發(fā)現，滿足規(guī)范要求布設的勘探孔深 20 m的勘察結果，經計算分析得出的結論為：擬建濕陷性黃土場地類別屬非自重濕陷性黃土場地，場地濕陷等級為Ⅱ(中等)級，濕陷性黃土分布深度為 18.0 m。

然而，通過加大孔深至30 m(穿透濕陷性黃土)，準確的濕陷性判定結果應為：擬建濕陷性黃土場地類別屬自重濕陷性黃土場地，場地濕陷等級為Ⅲ(嚴重)級，濕陷性黃土分布深度為 30.0 m。

(3)勘探孔深度對黃土地基濕陷性處理的影響

綜合擬建建筑物層高、基礎埋深及上述分析，根據 20 m勘探孔深度的判定結果，我們按前文表3給出的地基處理措施為：地基處理時宜整片處理，可采取灰土擠密樁進行地基處理，消除地基部分濕陷量的最小處理厚度不應小于 13.2 m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應大于 200 mm。

但是，根據加大孔深至30 m的判定結果，我們按前文表3給出的地基處理措施卻為：地基處理時宜整片處理，可采取灰土擠密樁進行地基處理，消除地基部分濕陷量的最小處理厚度不應小于 21.5 m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應大于200 mm。

5 結論與建議

通過上述兩個案例中勘探孔深度對濕陷性場地類別判定和黃土地基濕陷性處理影響的綜合分析，提出以下幾點建議：

(1)勘探孔的深度對自重濕陷量(△ZS)和濕陷量(△S)的計算結果至關重要，孔的深淺直接影響到場地濕陷類型與地基濕陷等級的判定，進而影響濕陷性黃土場地地基處理措施的選?。?/p>

(2)對重要的多層建筑、易浸水建筑，尤其是大面積新征地，在滿足相關規(guī)范要求的前提下，丙類建筑物勘探孔深度一般應大于 20 m，乙類建筑物勘探孔深度一般應大于 30 m。此外，還應有一定數量(不少于1/4勘探孔總數)的勘探孔穿透自重濕陷性黃土層，以便對場區(qū)的濕陷性黃土場地類型和地基濕陷等級給出準確的判定。

(3)對一般建筑物勘探孔深度應大于地表水可能下滲的深度。水的下滲深度與土的成分、滲透性、水量大小及滲透時間有關，應根據地區(qū)經驗和擬建物的具體情況來綜合確定。

(4)在自重濕陷性和濕陷性土層分布下限深度過大，且難以查明的情況下，對濕陷性土層進行部分處理時，必須加大地基處理的外放尺寸，嚴格防水措施，并采取結構措施。

(5)對于大厚度濕陷性黃土地區(qū)的乙類和丙類建筑物，按現行規(guī)范要求地基處理厚度過大而造成建設成本的增加，現行規(guī)范修訂時，應給出更科學的處理深度控制標準。

(6)對于大厚度濕陷性黃土場地的工程勘察，應注重收集區(qū)域濕陷性黃土分布的下限深度數據，以便更好地指導工程實踐中勘探孔深度的設計。