區(qū)域濕陷性地質(zhì)結(jié)構(gòu)處理過程分析

劉 慶

（信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院，陜西 西安 710001）

筆者本次研究的區(qū)域主要位于中國中部偏北部。海拔高度800m～3000m，東西走向長約為1000余千米，南北寬750km2，主要南北界為秦嶺以北，長城以南，東西界為太行山以西，青海省日月山以東，主要由山西、鄂爾多斯、隴中以及河套平原組成。面積63.5萬km2，其中原生區(qū)域達38.1萬km2，次生區(qū)域達25.4萬km2，區(qū)域地貌如圖1。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖

陸地上是黃色粉砂質(zhì)土狀堆積物，廣泛分布于北半球中緯度干旱和半干旱地區(qū)，全球總面積約1300萬km2。我國地質(zhì)發(fā)育過程多集中分布東起太行山，西到烏稍嶺，南自秦嶺，北達沙漠，分布總面積約64萬km2，中游地區(qū)最為發(fā)育，已知最大厚度336m。具有天然強度高，但浸水后存在濕陷性。從而，充分了解到該區(qū)域的工程地質(zhì)特性對整體工程勘察具有非常重要的意義。

1 環(huán)境成因及分類

環(huán)境的成因，有許多不同的理論說話，歸納起來可以綜合性的將其認為：水成說、風成說、多因說以及土壤說等。同期異相的地層，成因不同，其工程性質(zhì)往往有較大差別。我國地層主要是風積成因類型。

此區(qū)域南部和東部是一座荒山。該地區(qū)的天氣多為干燥而寒冷，并且改地區(qū)多以強風為主，風在地面上吹沙和灰塵，長期的風沙，經(jīng)過數(shù)千萬年的積累，從數(shù)百米累積到數(shù)千米。由于非常寒冷的地質(zhì)時期，大陸上吹干冷的西北風，因此大部分塵土和塵埃從西北向東南移動。當灰塵移動時，粗顆?？偸亲钕鹊袈洹Ｈ缓筠D(zhuǎn)變成中小型沙塵顆粒傾倒下來，落入廣大地區(qū)的地質(zhì)中。因此，形成了從西到東的地層結(jié)構(gòu)。地層結(jié)構(gòu)從粗到細，向西北方向變化，污物顆粒較大，而靠近東南部的土壤顆粒較小。幾千年來的風使湖底的淤泥越來越厚，在水面飛濺的感應(yīng)力和重力作用下，沙粒堆積得更密，這為將來的黃土奠定了基礎(chǔ)。

最終，在大約800萬年后，湖水出現(xiàn)干枯現(xiàn)象，該層從地面升起，逐漸形成此時地貌的初期形象。如今，它已成為高原的地形，隨著湖干與高原的形成，氣候逐漸變冷，形成了當前的地理和生態(tài)環(huán)境。因此，不能說某個區(qū)域的形成僅由風或一次洪水引起。在特殊的地理條件和特殊條件下，是被自然形成被風和湖水緩慢覆蓋，由互動形成。

根據(jù)大多數(shù)科學(xué)家的研究，主要地質(zhì)是第四紀冰河時期干燥和寒冷氣候中的風沙沉積，次要是通過沖積和沖積沉積對主要層的轉(zhuǎn)化。在第四紀地層積聚期間，隨著冰川期和冰間期的氣候循環(huán)，高原地區(qū)的地層表現(xiàn)為黃土和古土壤的交替。根據(jù)高原地層的古代土壤，可將其地層自下而上分為烏楚格黃土，荔枝康上，馬蘭黃土和全新世黃土。我國高原的形成期很長，整個第四紀地質(zhì)時期都經(jīng)過。地層按形成時代分為老黃土與新黃土兩種。

根據(jù)所研究高原的典型地質(zhì)剖面，第十五層的下部為早更新世的黃城黃土。在古土壤的第一層和第十五層之間，有離石中生黃土。第一層是在更新世末期形成的馬蘭黃土。馬蘭黃土上部的黑虎土壤是全新世形成的古地層。

地層通常在盧潘山和呂梁山之間的厚度為150m～250m，通常在盧潘山以西100m以內(nèi)。不同地層的厚度也不同：午城地層不是很厚，洛川黑木溝-58m，山西午城-17.5m。荔石河床是高原地質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要地層，通常為100m～150m厚，在竟河和Lu河中游的厚度最大。馬蘭層非常普遍，通常厚10m～30m，在天水地區(qū)不到10m，在東直園9.6m，在洛川園約10m。全新世層通常為2m～3m厚，黑湖土壤層通常為1m～2m厚。

地質(zhì)層結(jié)構(gòu)是通過風和運輸在干旱和半干旱環(huán)境中積累的風成沉積物。經(jīng)過長距離運輸和分類后，材料成分具有高度的均勻性。地層的粒度以粉粒為主，粒度為0.05mm～0.005mm，范圍為58%～75%。第二種是細砂，粒度>0.05mm，范圍從15%～32%。粒度為0<0.005mm的粘土約為10%。從西北到東南，儲集層的粒度具有逐漸縮小的特征，這是沙粒和黏土顆粒含量變化最明顯的部分。北部榆林附近的沙粒重量百分比超過30%，而延安南部的沙粒重量百分比減少至20%，咸陽和寶雞的沙粒重量百分比減少至10%。相比之下，榆林粘土僅占10%左右，延安地區(qū)增至13%～18%，咸陽和寶雞占23%～26%。因此，從西北到東南的地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究，地層的大小可以將高原分為三個帶：沙土黃土，典型黃土和黏土黃土：北部的靜樂-北-德-自昌-黃縣-海源線金沙。黃土帶陽泉-秦縣-富山北-崇華-秦安-威遠-黏土黃土帶；兩條線之間-典型的黃土帶。

表1 濕陷地質(zhì)結(jié)構(gòu)地基常用的處理方法

2 地質(zhì)結(jié)構(gòu)的濕陷性

2.1 濕陷性

濕陷性地質(zhì)結(jié)構(gòu)是指在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后地質(zhì)的總體結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的地層，屬于特殊地層。地質(zhì)結(jié)構(gòu)的濕陷現(xiàn)象是一個復(fù)雜的地質(zhì)、物理、化學(xué)過程，對其濕陷的原因和機理，被公認比較合理解釋濕陷現(xiàn)象的為欠壓密理論、溶鹽假說和結(jié)構(gòu)學(xué)說。地質(zhì)結(jié)構(gòu)由于受水浸濕和荷載作用是濕陷發(fā)生的外因，其結(jié)構(gòu)特征及物質(zhì)成分是產(chǎn)生濕陷性的內(nèi)在原因。濕陷性地質(zhì)結(jié)構(gòu)可以分為自重濕陷性地質(zhì)結(jié)構(gòu)和非自重濕陷性地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

2.2 濕陷性地質(zhì)結(jié)構(gòu)一般特性

濕陷性地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有與一般黏性地層和粉土地層不同的特性，主要有如下特性：

（1）大孔隙。

（2）在一定壓力作用下受水浸濕后，發(fā)生顯著附加下沉的現(xiàn)象。

（3）天然孔隙比e較大，土的孔隙比越大，濕陷性越強。

（4）顆粒組成以粉粒為主，常在60%以上。

（5）含有大量的可溶鹽。可溶鹽的含量與土的PH值有關(guān)，PH值愈大時，則地質(zhì)結(jié)構(gòu)的濕陷性愈強。

（6）天然含水量低，一般w為10%～20%，含水量低時，濕陷性強烈。

（7）塑性指數(shù)中偏低，多屬粉土地層或粉質(zhì)黏土地層。

（8）飽和度低，濕陷性隨著飽和度的增大逐漸減小。

（9）當?shù)刭|(zhì)結(jié)構(gòu)液限大于30%時，濕陷性較弱，且多為非自重濕陷性地質(zhì)結(jié)構(gòu)。當高原地層中液限低于30%時，則濕陷性較強烈。

2.3 濕陷性地質(zhì)結(jié)構(gòu)地基的一般處理措施

在可塌陷的地質(zhì)基礎(chǔ)上建設(shè)項目時，有必要考慮由基礎(chǔ)塌陷引起的額外沉陷對項目造成的潛在損害，并選擇合適的基礎(chǔ)處理方法以避免或排除基礎(chǔ)塌陷或輕微塌陷危害。在處理可塌陷的地質(zhì)結(jié)構(gòu)危害基礎(chǔ)之后，其可壓縮性通常會降低，承載能力會增加。處理可折疊地質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的目的主要是通過消除地質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞來提高基礎(chǔ)的承載力。常見的土壤處理方法有土壤或石灰土墊層，土壤樁或石灰土樁，動態(tài)壓實法，重沖擊壓實法，樁基，預(yù)浸料水法等。所有基礎(chǔ)處理都必須適應(yīng)當?shù)貤l件，并在技術(shù)比較后合理選擇。對于II級以上的可塌陷地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地基處理，例如使用土壤或石灰土進行填充墊層，土壤樁或石灰土樁，以及預(yù)浸樁基礎(chǔ)的方法，會產(chǎn)生不同程度的繁重工作量，過多的人工成本，較大的施工現(xiàn)場的雇用和工期。長期，昂貴和其他缺點。強夯法以其結(jié)構(gòu)簡單、速度快、效果好、成本低等優(yōu)點，在全國可拆卸巖土工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

選擇地基處理方法，應(yīng)根據(jù)建筑物的類別和濕陷性黃土的特性，綜合分析比較后確定。濕陷性地基常用的處理方法如表3，選擇其中一種或多種相結(jié)合的最佳處理方法。

3 結(jié)論

地質(zhì)結(jié)構(gòu)濕陷性是此次研究區(qū)域里最重要的特征，做好濕陷性勘察及處理對地質(zhì)工程施工建筑安全至關(guān)重要。因而準確分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)的濕陷性對工程建設(shè)意義重大。