寧夏南部黃土濕陷性分析及處理措施應(yīng)用

◇寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 李 剛

寧夏南部地區(qū)黃土覆蓋層厚，面積大，分布厚度為20m～100 m。黃土大部分具濕陷性，為特殊性巖土。濕陷性黃土在上部載荷作用下，浸水后會(huì)產(chǎn)生較大的沉降量以及不均勻沉降量。一般情況下在2d左右就可以出現(xiàn)超過150mm～250mm以上的壓縮量。這樣大的沉降量會(huì)對(duì)建筑工程造成傾斜失穩(wěn)、表層開裂等破壞現(xiàn)象。因此，對(duì)濕陷性黃土場(chǎng)地建筑地基應(yīng)有針對(duì)性的做好防固措施?；诖?，本文結(jié)合某水利工程項(xiàng)目實(shí)際情況，針對(duì)濕陷性黃土成因進(jìn)行分析，并確定了寧夏南部濕陷性黃土的濕陷量、自重濕陷量，劃分了濕陷等級(jí)，并統(tǒng)計(jì)了濕陷系數(shù)隨深度的變化情況。針對(duì)濕陷性黃土制定了科學(xué)合理的地基處理措施。本次研究成果為工程設(shè)計(jì)和建設(shè)中采取行之有效的防護(hù)措施，抑制或減弱濕陷性黃土對(duì)工程的不利影響提供了依據(jù)。

1 工程概況

本文選取《寧夏中南部飲水海原連通工程—新建2萬方蓄水池》項(xiàng)目為主要研究對(duì)象。調(diào)蓄水池最高控制水位1967.50 m，最大高差378.0 m，終端設(shè)計(jì)水位1933.00 m（3-3＃高位蓄水池）。新增2萬m3蓄水池由兩座1萬m3蓄水池組成，池深5.0 m，長78m，寬度35m，為鋼筋混凝土蓄水池。

2 區(qū)域地質(zhì)

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

工作區(qū)位于海原縣城南側(cè)，蓄水池位于黃土丘陵地貌單元，屬低中山區(qū)，總體地形為東南高北西低。黃土覆蓋較厚。在河流發(fā)育的地段有較小規(guī)模的山間沖洪積平原及階地。高程在1910.0 m～1950.0 m左右，呈近N-S展布。

工作區(qū)處于西華山—南華山北東麓活動(dòng)斷裂北東側(cè)。該斷層走向?yàn)楸蔽?南東向，斷面傾向北東、南西，地貌上表現(xiàn)為弧形隆起的山脈與盆地的分界，控制著山脈的隆升和盆地的下沉，具有較強(qiáng)的左旋走滑運(yùn)動(dòng)，形成了水系、山脊、階地等的左旋位移。工作區(qū)形成了較厚的第四系沖洪積松散沉積物，區(qū)域穩(wěn)定性分級(jí)屬穩(wěn)定性較差地帶。

工作區(qū)內(nèi)主要有六盤山東麓斷裂、海原斷裂帶和三關(guān)口-牛首山-固原斷裂三條區(qū)域性活動(dòng)斷裂。

圖1 工作區(qū)構(gòu)造位置圖

2.2 地層巖性

工作區(qū)出露的地層有第四系上更新統(tǒng)（Q3m）馬蘭黃土：土黃色-淺褐黃色，硬塑-堅(jiān)硬狀態(tài)，垂直節(jié)理發(fā)育，可見大孔隙，表層黃土中含植物根系，具濕陷性，沖溝及落水洞較發(fā)育。主要分布在河道兩側(cè)山體上。

黃土（Q3m）：勘探深度內(nèi)未揭穿，土黃色，稍濕，堅(jiān)硬狀態(tài)，垂直節(jié)理發(fā)育，具大孔隙，具濕陷性，含有灰白色鈣質(zhì)條紋及顆粒。

3 黃土濕陷性分析

3.1 濕陷系數(shù)隨深度變化關(guān)系

黃土濕陷性是指濕陷性黃土地基在受到上部建筑物載荷作用下浸水，經(jīng)過一系列物理化學(xué)變化，黃土顆粒之間的粘結(jié)強(qiáng)度降低，隨著含水量的增加，原有的土顆粒骨架失衡，出現(xiàn)塌落現(xiàn)象，地基承載力大幅度下降，致使地基產(chǎn)生較大的沉降變形。

該場(chǎng)地黃土濕陷厚度21.0 m～43.0 m。濕陷系數(shù)δs=0.004-0.083，濕陷程度為輕微-強(qiáng)烈。自重濕陷系數(shù)、濕陷系數(shù)隨深度的變化關(guān)系如下圖所示。

圖2

3.2 濕陷量計(jì)算及濕陷等級(jí)劃分

場(chǎng)地濕陷土層厚度21.0 m～43.0 m。計(jì)算濕陷量1700.4mm，自重濕陷量2179.2mm；屬Ⅳ級(jí)（很嚴(yán)重）自重濕陷場(chǎng)地，其濕陷量計(jì)算見表1。

表1

4 黃土濕陷的危害及處理措施

4.1 黃土濕陷的危害性

濕陷性黃土，再上部載荷作用下，浸水后會(huì)產(chǎn)生較大的沉降量以及不均勻沉降量。一般情況下在2d左右就可以出現(xiàn)超過150 mm～250 mm以上的壓縮量。這樣大的沉降量會(huì)對(duì)建筑工程造成傾斜失穩(wěn)、表層開裂等破壞現(xiàn)象。因此，對(duì)濕陷性黃土場(chǎng)地建筑地基應(yīng)有針對(duì)性的做好防固措施。

4.2 濕陷性黃土地基的處理措施

濕陷性黃土層具有孔隙比大、干密度小、結(jié)構(gòu)疏松、垂直節(jié)理發(fā)育等特性，為了保證建筑物在施工及工后運(yùn)行過程中的質(zhì)量安全，施工時(shí)首先要確定建筑物基底壓力、基礎(chǔ)形式、尺寸以及基礎(chǔ)埋置深度，一般情況下，未進(jìn)行處理的濕陷性黃土不能直接作為建筑物基礎(chǔ)的持力層。濕陷性黃土地基的處理方法應(yīng)結(jié)合建筑物類別、形式、上部豎向荷載、水平荷載以及黃土濕陷量和濕陷等級(jí)綜合確定。處理后的黃土地基需同時(shí)滿足地基承載力和穩(wěn)定性的要求。濕陷性黃土地基處理措施主要有以下四種處理措施。

（1）墊層法。當(dāng)建筑基底以下濕陷性黃土層厚度小于3.0 m時(shí)，可采用土、灰土和水泥土等材料換填。灰土墊層中的消石灰與土的體積配合比應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。墊層的壓實(shí)質(zhì)量應(yīng)用壓實(shí)系數(shù)控制。

（2）強(qiáng)夯法。強(qiáng)夯法適用于處理地下水位以上、含水量10%～22%且平均含水量低于塑限含水量1%～3%的濕陷性黃土地基。夯實(shí)厚度、處理范圍及強(qiáng)夯能級(jí)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。

（3）擠密法。濕陷性黃土層厚度大，換填及強(qiáng)夯法處理不經(jīng)濟(jì)或不滿足技術(shù)要求時(shí)，宜采用擠密法處理。根據(jù)成孔工藝可分為擠土成孔擠密法預(yù)鉆孔夯擴(kuò)擠密法?？變?nèi)填料宜用素土、灰土或水泥土，可也采用混凝土或水泥粉煤灰碎石水拌制料等強(qiáng)度高的填料，不應(yīng)使用粗顆粒填料。擠密地基宜在基底下設(shè)置0.30～0.60厚的墊層。

（4）預(yù)浸水法。預(yù)浸水法宜用于處理自重濕陷性黃土厚度較大，且濕陷量和自重濕陷量的計(jì)算值均較大的場(chǎng)地。綜合判定為Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重）和Ⅳ級(jí)（很嚴(yán)重）自重濕陷性黃土場(chǎng)地應(yīng)采用預(yù)浸水法處理。浸水前宜通過現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)確定浸水時(shí)間、耗水量和濕陷量等。

5 結(jié)語

綜上所述，在我國西北部隴西、隴東、陜北等地的工程地質(zhì)問題中，濕陷性黃土作為一種特殊性巖土，其工程地質(zhì)問題尤為突出。本文結(jié)合寧夏南部地區(qū)濕陷性黃土室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合分析并闡述了該區(qū)濕陷性黃土的成因、濕陷性機(jī)理、濕陷量、自重濕陷量及濕陷等級(jí)。根據(jù)濕陷性黃土的危害程度提出了四種關(guān)于濕陷性黃土地基的處理措施。在工程實(shí)踐中，可運(yùn)用以上幾種方法結(jié)合實(shí)際對(duì)諸多黃土濕陷性問題進(jìn)行處理，在此類項(xiàng)目中起到引導(dǎo)性作用。