黃土濕陷事故處理分析

陳香鳳，徐建軍

(1.隴東學(xué)院 土木工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000；2.長慶油田 采油二廠工程項(xiàng)目管理室,甘肅 慶陽 745100)

我國黃土面積分布廣泛，其中有3/4的黃土在浸水時(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞而產(chǎn)生濕陷變形，此類黃土稱為濕陷性黃土。濕陷變形是一種失穩(wěn)性變形，下沉量大、下沉速度快，對建筑物危害大。

1 因滲水致黃土濕陷事故簡析

地下管溝滲水是黃土濕陷事故的主因，滲水使局部場地土含水量增大，在土層深度和寬度方向上產(chǎn)生不均勻增濕變形，從而引起黃土的濕陷事故。當(dāng)已建建筑在使用期內(nèi)發(fā)生地基或房心土浸水沉降時(shí)，必須抓住“浸水”這個(gè)主因，綜合沉降的特點(diǎn)來選擇合適的方法進(jìn)行地基或房心加固處理，從根本上解決濕陷的問題，確保加固效果。

具體的加固處理措施可遵循下列原則[1]：

(1)首先通過查看場地土的地質(zhì)勘查報(bào)告、現(xiàn)場考察、查閱工程檔案等方式，了解地基土質(zhì)、修建時(shí)對地基的處理措施、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量及使用情況。

(2)弄清場地土濕陷的主因，有針對性地進(jìn)行處理。查明是否存在上下水道跑水滲漏、暖氣溝內(nèi)灌水、地面水由散水等處滲入基礎(chǔ)、地下水位上升等因素。

(3)若經(jīng)查明得知引起濕陷的原因是管道滲水，則要及時(shí)斷絕水源，避免地基或房心土繼續(xù)浸水；若經(jīng)查明得知引起濕陷的原因是地面水由暖氣溝、散水等部位浸入，則必須先將這些部位處理好，隔斷浸入的路徑。

(4)掌握濕陷變形的發(fā)展情況。對建筑物進(jìn)行沉降、裂縫觀測，在一段時(shí)間后，如果不均勻沉降變形已基本穩(wěn)定或趨于穩(wěn)定，且情況又不嚴(yán)重時(shí)，只需斷絕各種可能滲入場地土的水源，對建筑物受損部分進(jìn)行修補(bǔ)加固即可。

(5)若建筑物沉降變形在短時(shí)間內(nèi)無法穩(wěn)定，則應(yīng)根據(jù)場地地質(zhì)條件、建筑物要求、施工工藝等因素，選用技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的方法進(jìn)行地基加固處理。

(6)在將下滲浸濕場地土的水源徹底整治后，濕陷性黃土浸水病害加固處理措施可根據(jù)實(shí)際情況選用以下方法[2]：

①因給排水管道破裂或雨水滲漏引起的濕陷，可選擇膨脹材料頂升法、誘使沉降法或綜合糾傾措施，以保證糾傾效果和建筑物的安全。

②若建筑物整體剛度良好，但地基軟土層較厚、下沉量過大時(shí)，應(yīng)采用頂升法或橫向加載法。

③采用迫降法有可能造成室內(nèi)凈空減少、室內(nèi)外管線標(biāo)高改變，當(dāng)這些現(xiàn)象不允許時(shí)，應(yīng)選用頂升法。

④在處理因地基浸水而造成的建筑物傾斜問題時(shí)，可采用浸水誘使沉降法或掏土法處理，但要控制浸水量或者避免掏土?xí)r突然下沉。

2 工程案例

2.1 工程簡介

西峰區(qū)某能源公司的一棟小高層辦公樓位于西峰南郊，該建筑地基屬隴東黃土塬地貌單元，濕陷程度從上到下由中等到輕微，濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)，場地類別為Ⅱ類。該樓修建于2007年，根據(jù)《GB 50011-2001》規(guī)范附錄A.0.25，西峰抗震設(shè)防烈度為6°，設(shè)計(jì)地震加速度為0.05g，第三組。地基土分布自上而下主要為：①黃土墊層，厚度為0.5m。②黃土狀粉土，暗黃-褐黃色，分布均勻，區(qū)域濕陷系數(shù)δs=0～0.034，輕微濕陷，中壓縮性，厚約6m左右。該層承載力特征值為100kpa。③黃土狀粉土，褐黃色，非濕陷性土，中壓縮性，層底埋深9.0-11.0m。該層承載力特征值為90kpa。④圓礫，雜色，稍密～中密，中等風(fēng)化，該層承載力特征值為180kpa。該工程以第二層黃土狀粉土為持力層，采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底板厚600mm，基底標(biāo)高-4.2m，采用素土擠密樁預(yù)處理加擠土夯擴(kuò)樁復(fù)合地基方案，既能滿足承載力要求，又可消除地基土的濕陷性。房心回填土采用素黃土，素黃土上為1m厚三七灰土，填土進(jìn)行了碾壓夯實(shí)。

2.2 黃土濕陷狀況

2012年春季發(fā)現(xiàn)首層地面局部凹陷，具體情況如下：

大廳：地板磚拆除后測量房心土下沉量為2-20cm不等，最大下沉量為20cm。用洛陽鏟挖探土質(zhì)含水量，挖至1.7m以下房心土含水量較大，為濕土。

庫房：地板磚拆除后測量房心土下沉量為3-35cm不等，最大下沉量為35cm。用洛陽鏟挖探土質(zhì)含水量，挖至0.5m以下房心土含水量較大，為濕土。

配電室：地板磚拆除后測量房心土下沉量為5-25cm不等，最大下沉量為25cm。用洛陽鏟挖探土質(zhì)含水量，挖至2.0m以下房心土含水量較大，為濕土。

總控室：地板磚拆除后測量房心土下沉量為3-28cm不等，最大下沉量為28cm。用洛陽鏟挖探土質(zhì)含水量，挖至1.5m以下房心土含水量較大，為濕土。

表面明顯房心土下沉的只有這4間房屋，但根據(jù)整體房心土下沉情況判斷整棟樓首層房心土都有不同程度的下沉。

現(xiàn)場勘測情況如圖1所示。

圖1 房心土勘察實(shí)況

2.3 浸水原因查找

2.3.1 室內(nèi)管線破漏查找情況：

一樓消防管線破損：消防管線閘門打開，提升管線內(nèi)壓力，發(fā)現(xiàn)一樓消防管線有明顯破損，其中管道漏孔2處，室外進(jìn)口PVC管線接頭松動(dòng)一處，室內(nèi)樓梯口鋼制管線破損一處。

消防管線運(yùn)行時(shí)間太久，沒有定時(shí)檢修，管線破損嚴(yán)重，最大破損孔徑達(dá)到1cm；進(jìn)口管線為PVC管材，受溫度變化熱脹冷縮現(xiàn)象突出，且專用接頭安裝技術(shù)要求太高(熱熔對接)，一般施工隊(duì)伍沒有專業(yè)器材進(jìn)行對接；消防水長期屬于戒備狀態(tài)，房頂上60m3的消防水罐一直在補(bǔ)水，而管線一直在滲漏，且消防管溝為磚砌小管溝，長期滲漏的水并沒有順著管溝流入排水井，而是滲入溝底，延溝底一直擴(kuò)散，造成大面積房心土吸水，導(dǎo)致下陷。消防管道破損情況如圖2所示。

圖2 消防管道破損情況

2.3.2 室外漏點(diǎn)查找情況

辦公樓外東北角墻根區(qū)域：通過拆除室外散水，開挖散水下濕泥，發(fā)現(xiàn)地坪以下墻體上有貫穿室內(nèi)外透水洞若干。

根據(jù)現(xiàn)場查探，整棟樓外地坪以下墻體存在大量這種透水洞，墻體為透水磚且未做防水處理，樓四周又有一圈草坪，長年累月雨、雪、草坪澆灌水通過透水洞透灌進(jìn)室內(nèi)，如圖3所示。

圖3 墻根透水洞

辦公樓外東北角檢查井區(qū)域：所有室內(nèi)地溝及管線從此處通往室外檢查井，但地坪為草坪，密封效果不好，且前期此處進(jìn)戶的給水管線破漏過多次，落水管線存在孔洞，導(dǎo)致大量的水通過地溝下方及透水洞和磚墻滲透入室內(nèi)，如圖4所示。

圖4 給排水管線破損

樓層房間及管線布置情況如5圖所示：

2.4 房心土下沉原因分析

通過對現(xiàn)場各種管線的勘察，得出該辦公樓首層房心回填土下沉的原因主要有以下幾點(diǎn)：

(1)開挖過程中發(fā)現(xiàn)房心回填土夯實(shí)度不能滿足要求，以至于孔隙率太高，給水的浸透提供了條件。

圖5 樓層房間及管線布置圖

(2)消防管線運(yùn)行時(shí)間太久，沒有定時(shí)檢修，管線破損嚴(yán)重，造成長期的大量的水滲入地下，造成房心土下陷，并延溝底擴(kuò)散至整個(gè)樓層。

(3)室內(nèi)采暖管線年年都有不同程度的破損和更換，且采暖管線外有保溫層，破漏后很難被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致采暖管線內(nèi)大量水長期滲漏至房心土內(nèi)。

(4)室外進(jìn)戶的給水管線破漏過多回，落水管線存在孔洞，導(dǎo)致大量的水通過地溝下方及透水洞和磚墻滲透入室內(nèi)。

(5)整棟樓室外墻根沒有做灰土隔水層，樓外地坪下墻體為普通砂漿罩面，未做防水處理，容易脫落，墻體上有很多的透水洞，樓四周又有草坪，長年累月雨、雪、草坪澆灌水通過透水洞透灌進(jìn)室內(nèi)。

2.5 事故處理

由于浸水造成的黃土濕陷僅限于房心部分，基礎(chǔ)并未出現(xiàn)不均勻沉降，建筑物上部結(jié)構(gòu)沒有明顯裂縫或傾斜，所以只要隔斷水的浸入途徑，并對濕陷黃土進(jìn)行加固處理即可保證該辦公樓的正常使用。

2.5.1 隔斷水源

在找出浸水原因后，對破損的消防管線、落水管線進(jìn)行更換或維修，對散水下墻根存在的孔洞進(jìn)行填補(bǔ)，并對墻基進(jìn)行全面的防水處理，以斷絕各種可能滲入基礎(chǔ)的水源，從源頭上解決地基濕陷的問題。

2.5.2 房心土加固

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，須對辦公樓房心回填黃土進(jìn)行濕陷性、壓縮性和承載力三方面的加固補(bǔ)強(qiáng)，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，選擇灰土擠密樁進(jìn)行加固處理。

灰土擠密樁是將按比例拌合的素土和熟石灰填入預(yù)先所成的孔中，然后將混合灰土分層夯填而成的樁型。成樁過程中樁周土被擠密，壓縮性降低、干密度增加，改善了工程物理性質(zhì)，濕陷性部分或全部消除，此外灰土擠密樁的工程造價(jià)較低，相比于其他的加固方法，具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

(1)材料準(zhǔn)備[3]

土料：采用有機(jī)質(zhì)含量不超過5%的素黃土，過篩使用，要求粒徑小于等于15mm。

石灰：選用優(yōu)質(zhì)新鮮的塊灰，開袋后立即使用不可存放過久，且提前7d加水熟化。熟石灰用5mm篩子過篩，將未熟化完全的生石灰塊和雜質(zhì)篩除，石灰品質(zhì)應(yīng)達(dá)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，主要成分(活性Ca+MgO)的含量不得低于60%。

機(jī)具設(shè)備：洛陽鏟、灰土拌合設(shè)備、夯實(shí)錘。

石灰和素黃土按照2∶8的比例使用拌合機(jī)集中拌合，拌合要充分均勻無色差。為了保證有更好的干密度，灰土的含水量應(yīng)為最優(yōu)含水量(正負(fù)不超過2%)，所以邊拌合邊加水，以免加水過多而影響灰土夯實(shí)質(zhì)量。夯實(shí)過程應(yīng)分層進(jìn)行，確保每一層灰土的夯實(shí)度，以達(dá)到擠密土體，消除濕陷性的效果。

(2)操作流程[3]

成孔：用洛陽鏟成孔，孔徑為400mm，深度達(dá)到筏板基礎(chǔ)頂部，樁孔按梅花樁形排列。樁孔成型后為避免遭機(jī)具碾壓縮孔，應(yīng)及時(shí)夯填。若因操作不當(dāng)造成碾壓縮孔，必須二次成孔且達(dá)標(biāo)后方可夯填。樁孔周邊的擾動(dòng)土壤應(yīng)及時(shí)移開，以免掉落。

灰土拌和：首先對消解后的石灰和土分別過篩，然后按2∶8的比例拌合?；彝岭S伴隨用，不可過夜。為保證施工質(zhì)量，對灰土的灰劑量、含水量在每天施工前都要進(jìn)行檢測。

夯實(shí)：填料前，先夯實(shí)孔底以保證樁與樁周土傳力可靠，然后將最優(yōu)含水率的灰土分層夯填，每層厚度不超過500mm。材料從兩個(gè)對稱方向同時(shí)填入，確保填料均勻平整以避免樁體歪斜。用不低于3m的垂距至少夯擊6次，待每層夯擴(kuò)密實(shí)后方可夯填上一層，如此反復(fù)至設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。施工過程中按一定的頻率檢測樁體壓實(shí)度完工后，亦應(yīng)檢測樁基擠密效果。

(3)施工注意問題[4]

嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程。

1)夯擊注意事項(xiàng)：夯錘均應(yīng)對準(zhǔn)樁中心，確保樁孔垂直，夯錘能平穩(wěn)落入孔底，擊實(shí)力度和次數(shù)應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2)鉆孔應(yīng)按隔排跳打的順序進(jìn)行，打一孔填一孔，且必須當(dāng)天回填夯實(shí)，以免被碾壓破壞。若夯打太頻繁土壓力來不及消散有可能出現(xiàn)縮頸堵塞現(xiàn)象，對此可跳打夯實(shí)。

3)成孔深度達(dá)筏板頂部，填料前，先夯實(shí)孔底。夯填過程為隨填隨夯，對持力層范圍內(nèi)的密實(shí)度要嚴(yán)格把關(guān)，根據(jù)檢測記錄若密實(shí)度不夠，可酌情增加錘擊數(shù)。

4)樁孔用料要提前計(jì)算，避免材料不足或浪費(fèi)。

5)設(shè)立專人專項(xiàng)負(fù)責(zé)制，各施工工序(成孔、回填、夯實(shí))都要設(shè)專人嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，隨時(shí)做好施工記錄，如發(fā)現(xiàn)影響正常施工的異象時(shí)應(yīng)立即停止施工，待異象排除或妥善處理后方可繼續(xù)施工。

6)按照不少于2%成樁數(shù)量的比例對灰土樁進(jìn)行質(zhì)量抽查，并做好相關(guān)記錄，抽查內(nèi)容為樁身壓實(shí)系數(shù)、樁間土擠密系數(shù)。抽查時(shí)采用環(huán)刀取樣法，減少對樁身及樁周土的擾動(dòng)。若抽查質(zhì)量有不合格者，需加樁補(bǔ)救。

2.6 事故處理效果

加固完工后，隨機(jī)抽取三處灰土樁按照復(fù)合地基的要求進(jìn)行單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測，得出其承載力特征值為260kPa左右，表明該工程房心土的承載力有了顯著提高，壓縮性明顯降低，濕陷性可望得到消除。該工程于2012年7月處理完工，至今未發(fā)生新的房心土下沉事故，說明隔斷水源和房心土加固兩項(xiàng)工作確實(shí)達(dá)到了預(yù)期的效果。

3 結(jié)論

在建筑物建成后出現(xiàn)了地基或房心土濕陷問題，則一定要查清原因，消除水源，并根據(jù)具體情況選擇合適的加固處理方法。

灰土擠密樁可有效消除樁間土的濕陷性，減少場地土變形，有效提高場地土承載力，可達(dá)到場地土加固處理的目的。而且該樁型施工設(shè)備簡單、施工速度快、造價(jià)低廉，是濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行地基或房心土加固處理的有效方法。