濕陷性黃土地區(qū)巖土勘察中存在的問題及解決措施

王 杰，李 維，翟 潔

(1.浙江恒欣設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，浙江 嘉興 314000；2.陜西省地下水保護(hù)與監(jiān)測(cè)中心，陜西 西安 710003 )

1 濕陷性黃土簡(jiǎn)介及其性質(zhì)

黃土是第四紀(jì)干旱半干旱氣候條件下形成的一種特殊質(zhì)土，分布在我國(guó)西北華北地區(qū)，面積約65萬 km2。陜西北部與甘肅東部黃土厚度為100～200 m，其他地區(qū)一般為30～100 m。顆粒分布以粒徑為0.075～0.005 mm的粉粒為主，占總質(zhì)量的50%～75%。黃土地層一般可分為兩大組：老黃土年代遠(yuǎn)，埋藏深，多經(jīng)壓密，一般不具有濕陷性，承載力較高。新黃土垂直節(jié)理發(fā)育，直立性強(qiáng)，但具多孔性，這種“蜂窩狀”松散結(jié)構(gòu)導(dǎo)致土體密度低，一般都具有濕陷性。因此有黃土的地方基本就有濕陷性黃土。

濕陷性黃土在一定環(huán)境條件下和一定受力范圍內(nèi)能保持其原有結(jié)構(gòu)體系免遭破壞，同時(shí)表現(xiàn)出較高強(qiáng)度和低壓縮性的特性。但隨著在一定壓力下且伴隨著受水浸濕，顆粒間連接的膠結(jié)物破壞，“骨架”垮塌，土體下陷。

濕陷起始?jí)毫κ怯?jì)算黃土濕陷性的前提，它指濕陷性黃土浸水飽和，開始出現(xiàn)濕陷時(shí)的壓力或外力，這些外力外力包括上覆土體自重和外部荷載對(duì)地基產(chǎn)生的壓力和附加應(yīng)力，當(dāng)外力大于濕陷起始?jí)毫r(shí)，黃土才有可能發(fā)生濕陷。

按照壓力的來源和大小不同，濕陷性分為自重濕陷性和非自重濕陷性。前者指黃土在其自重應(yīng)力作用下受到水浸濕后發(fā)生濕陷；后者指在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的雙重作用下黃土受到水浸濕后發(fā)生濕陷。

雖然黃土的濕陷性會(huì)造成工程質(zhì)量問題甚至事故，但是濕陷變形后的土體反而更加密實(shí)，孔隙比減小，干密度增大。正是基于此，才產(chǎn)生了多種處理方法和可操作的的具體工程措施，使?jié)裣菪渣S土地基能夠安全可靠的得以利用。

2 濕陷性黃土地區(qū)巖土勘察中存在的問題

黃土的浸水濕陷變形使得立于其上的建筑物或構(gòu)筑物產(chǎn)生經(jīng)常性的病害，輕者造成建筑物開裂，沉降，傾斜，嚴(yán)重者影響正常使用。濕陷性黃土地基產(chǎn)生質(zhì)量事故的原因之一是在巖土勘察設(shè)計(jì)階段基礎(chǔ)工作不扎實(shí)，未能對(duì)客觀實(shí)際做到準(zhǔn)確詳細(xì)的判斷，提出的地基處理方案不切合實(shí)際?？辈爝^程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題歸納如下。

2.1 鉆孔深度制定不恰當(dāng)

鉆孔深度過小，未穿透濕陷性土層。不能真正弄清土層厚度和分層，即使是室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，也仍會(huì)導(dǎo)致參數(shù)偏離實(shí)際，使后續(xù)地基承載力和沉降的計(jì)算結(jié)果失真。另外水的滲透是濕陷發(fā)生的必要條件，鉆孔深應(yīng)大于現(xiàn)有地表水、將來可能出現(xiàn)的滲漏水和地下管網(wǎng)排水下滲的可能深度。

有些地區(qū)的濕陷性黃土層較厚，設(shè)計(jì)鉆孔深度過大必然增加工作量和難度，還可能會(huì)對(duì)地基土造成過度擾動(dòng)或破壞，給以后工程建設(shè)使用帶來安全隱患。當(dāng)濕陷性黃土層較厚，地基的濕陷等級(jí)超過一定限值后，可以采用原位測(cè)試技術(shù)預(yù)估濕陷性極限深度，做到工程技術(shù)和節(jié)約資源的雙滿足。

2.2 黃土濕陷性測(cè)定及計(jì)算不精確

為了準(zhǔn)確的測(cè)定黃土的濕陷性，按照工程實(shí)際應(yīng)采用不同的方法，普通工程或簡(jiǎn)單工程采用室內(nèi)壓縮試驗(yàn)即可滿足。重大的復(fù)雜的工程必要的時(shí)候應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)或試坑浸水試驗(yàn)，保證取得第一手資料。測(cè)定黃土的濕陷性時(shí)最關(guān)鍵的因素是試驗(yàn)壓力的取值。要嚴(yán)格遵照《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》(GB50025-2018)中規(guī)定程序和數(shù)值要求進(jìn)行試驗(yàn)和計(jì)算。

但是由于各種原因?qū)嶋H測(cè)試中的土樣已經(jīng)遭到擾動(dòng)甚至破壞，得出的數(shù)據(jù)不能反應(yīng)原狀土的壓縮特性，孔隙比、天然含水量、飽和度以及濕陷性系數(shù)本身就比較小，分布區(qū)間狹窄，這些參數(shù)失真就會(huì)得出錯(cuò)誤濕陷程度，從而造成濕陷類型與地基濕陷等級(jí)誤判。

一般來說，在西安地區(qū)孔隙比小于0.9時(shí)、天然含水量大于24%時(shí)或者液限大于30%，就不具有濕陷性或者濕陷性很弱。但是不少勘察報(bào)告中卻判定具有中等甚至強(qiáng)烈濕陷性。

2.3 承載力計(jì)算內(nèi)容偏重

濕陷性地基處理的目的首先是消除濕陷性，計(jì)算其天然狀態(tài)承載力與變形指標(biāo)沒有工程實(shí)際意義。只有在少數(shù)情況下是為了提高其豎向承載力或者約束其橫向變形。換言之，雖然經(jīng)處理后地基承載力有所提高，但提高地基承載力并非主要目的。因此，工程設(shè)計(jì)人員要明白濕陷性地基處理的獨(dú)特性，在勘察設(shè)計(jì)中分清主次矛盾，準(zhǔn)確評(píng)定濕陷性和等級(jí)，制定處理措施，消除濕陷性后進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。

2.4 場(chǎng)地等級(jí)評(píng)價(jià)不一致

目前濕陷性地基勘察中對(duì)場(chǎng)地等級(jí)評(píng)價(jià)不盡準(zhǔn)確。對(duì)抗震危害、水文地質(zhì)條件，不良地質(zhì)作用等認(rèn)識(shí)不夠。而評(píng)價(jià)結(jié)果差異主要體現(xiàn)在抗震設(shè)計(jì)方面，場(chǎng)地評(píng)價(jià)中大部分為Ⅲ類場(chǎng)地，少部分為Ⅱ類，相鄰地塊等級(jí)不同的現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)。主要原因有：(1)勘察設(shè)計(jì)人員對(duì)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011)學(xué)習(xí)不夠透徹，對(duì)相關(guān)地震知識(shí)認(rèn)識(shí)模糊，對(duì)地震烈度、等級(jí)，設(shè)計(jì)加速度等概念一知半解；(2)波速測(cè)試鉆孔深度不夠，覆蓋層厚度確定未遵循規(guī)范要求；(3)剪切波速測(cè)量精度低，計(jì)算出來的等效剪切波速在 250 m/s 這個(gè)分界點(diǎn)左右集中分布，可判Ⅱ類可判Ⅲ類，影響了測(cè)試成果的可靠性；(4)對(duì)液化性認(rèn)識(shí)不足，場(chǎng)地液化計(jì)算數(shù)據(jù)失真。

2.5 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)不準(zhǔn)確

當(dāng)濕陷性黃土厚度較大可以采用樁基礎(chǔ)。但有些工程勘察案例中，對(duì)未作地基處理的濕陷性黃土場(chǎng)直接進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，往往未嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求，忽視自重濕陷性黃土場(chǎng)地的樁側(cè)負(fù)摩阻力，導(dǎo)致工程建成后樁基沉降超過允許范圍，承載力降低。有些案例進(jìn)行地基處理消除濕陷性后，未能精確計(jì)算處理后樁周側(cè)摩阻力的提高，反而推薦采用端承摩擦樁，不能充分發(fā)揮側(cè)摩阻力對(duì)荷載的分擔(dān)作用。前者容易造成工程質(zhì)量事故，后者則造成材料浪費(fèi)和不經(jīng)濟(jì)。

2.6 勘察報(bào)告編制不規(guī)范

(1)編制深度不夠，不能嚴(yán)格遵照《房屋建筑和市政基礎(chǔ)設(shè)施工程勘察文件編制深度規(guī)定》(2020年版)的要求編寫，無法為設(shè)計(jì)和施工提供充足而客觀的依據(jù)。

(2)由于外業(yè)工作存在缺位、缺量、缺項(xiàng)或缺陷，導(dǎo)致各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)不滿足勘察規(guī)范要求，指標(biāo)統(tǒng)計(jì)的參數(shù)或數(shù)據(jù)不全，勘察報(bào)告內(nèi)容貧乏，數(shù)據(jù)支撐不足，難以準(zhǔn)確分析判斷試驗(yàn)指標(biāo)的可靠性。

(3)勘察報(bào)告評(píng)價(jià)與結(jié)論針對(duì)性不強(qiáng)，定性評(píng)價(jià)多，而定量評(píng)價(jià)少。只針對(duì)整個(gè)場(chǎng)地提供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)，提供籠統(tǒng)含糊的評(píng)價(jià)和建議，不能對(duì)具體建筑所處的工程地質(zhì)條件進(jìn)行精準(zhǔn)分析，把本職工作推給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員。

(4)報(bào)告結(jié)構(gòu)不完善，缺少附件、缺少圖件、缺少原始資料，試驗(yàn)報(bào)告簽字蓋章不正規(guī)；格式上千篇一律，死板套用固有程式，缺乏不同場(chǎng)地不同建筑的獨(dú)特性針對(duì)性。行文上低級(jí)的語法文法錯(cuò)誤層出不窮，錯(cuò)字連篇，不知所云，在報(bào)告審查中往往給專家?guī)聿涣记榫w，影響審查進(jìn)度。

3 解決措施

3.1 根據(jù)客觀實(shí)際制定勘察方案

(1)合理劃分黃土的類型。首先要從年代、成因等宏觀角度查清濕陷性黃土的分布范圍及結(jié)構(gòu)類型，并據(jù)此初步確定其工程地質(zhì)特性與濕陷特性。

(2)收集必要的前人成果。確定場(chǎng)地所處的地貌單元和水文地質(zhì)條件；根據(jù)平面布置圖、建筑物類別和預(yù)估荷載等進(jìn)行必要的工程測(cè)量，收集已有鄰近工程的巖土勘察資料并進(jìn)行批判性分析研究，合理參考利用。

(3)勘探點(diǎn)的布置應(yīng)合理。勘探點(diǎn)必須覆蓋場(chǎng)地內(nèi)各類地貌單元和重要位置，其間距應(yīng)按規(guī)范中規(guī)定的最小值確定，一般寬度不應(yīng)大于12 m，單排布置；否則雙排布置。勘探深度應(yīng)滿足相關(guān)勘察、地基及樁基規(guī)范要求。

3.2 勘察取樣及試驗(yàn)

黃土的濕陷性隨著其埋藏深度變化而變，只有在查清不同深度濕陷性變化的基礎(chǔ)之上，才能確定最大濕陷厚度并計(jì)算出該場(chǎng)地黃土的最大濕陷量。 因此在勘察時(shí)一定要分層取樣。

濕陷性地區(qū)勘察過程中切忌對(duì)土樣進(jìn)行擾動(dòng)，薄壁取土器要正確使用和操作，確保取樣質(zhì)量，才能保證各項(xiàng)參數(shù)將實(shí)際的土質(zhì)情況正確反映出來，進(jìn)而獲取能反映客觀實(shí)際的有關(guān)系數(shù)，并為后期工程設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。

3.3 重視室內(nèi)試驗(yàn)

黃土室內(nèi)試驗(yàn)的特點(diǎn)是：土樣水樣試件多，土質(zhì)情況復(fù)雜，試樣易受擾動(dòng)破壞，試驗(yàn)指標(biāo)多、數(shù)值較小，容易導(dǎo)致誤差產(chǎn)生，數(shù)據(jù)多，整理起來耗時(shí)耗力，因此對(duì)試驗(yàn)操作人員能力和儀器的精確度要求十分嚴(yán)格。試驗(yàn)室要配備專業(yè)性較強(qiáng)的人員并經(jīng)常組織學(xué)習(xí)、技能培訓(xùn)。定期檢查試驗(yàn)所需的各類儀器設(shè)備，做好檢修、計(jì)量校正和更新?lián)Q代。

在測(cè)定濕陷性時(shí)一般采用簡(jiǎn)便易行的單線法。該法在土樣天然濕度下逐級(jí)加荷，沉降穩(wěn)定后浸水飽和，比較貼近地基的受力實(shí)際狀況。如果全部采用單線法試驗(yàn)確有困難時(shí)，也可采用雙線法。

3.4 準(zhǔn)確分析地基處理厚度

濕陷性黃土地區(qū)實(shí)施地基處理的時(shí)應(yīng)綜合考慮處理厚度問題，自重型濕陷性黃土地基濕陷量通常不僅形成于壓縮層，還會(huì)延伸到壓縮層以下的土體，在有些情況下壓縮層以下的濕陷量會(huì)占到總濕陷量的50%以上。非自重濕陷性黃土地基濕陷亮一般不會(huì)超出壓縮層范圍。因此，如果經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)允許，處理厚度可以覆蓋所有濕陷量范圍內(nèi)的土層。

當(dāng)然，如果只消除部分濕陷量，其處理厚度必須要根據(jù)場(chǎng)地復(fù)雜成都、建筑物使用功能、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式等因素確定，按不同深度分別計(jì)算相應(yīng)沉降量，提出不同處理方案，并進(jìn)行對(duì)比選擇。

3.5 勘察成果完善和報(bào)告編寫

勘察成果是勘察工作的最直觀最集中體現(xiàn)，它應(yīng)為地基處理、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、基坑開挖和支護(hù)、邊坡設(shè)計(jì)等方案提供所有需要的水土的物理力學(xué)指標(biāo)；保證地基基礎(chǔ)滿足上部荷載和變形要求；對(duì)濕陷性黃土場(chǎng)地，重點(diǎn)要根據(jù)濕陷程度、濕陷級(jí)別提供消除濕陷性處理措施。巖土勘察設(shè)計(jì)人員一定要從各方面提高自身素養(yǎng)，提高報(bào)告編制水平。

4 結(jié)語

濕陷性黃土地區(qū)的巖土勘察工作是項(xiàng)目建設(shè)全過程的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，涉及到工程建設(shè)的質(zhì)量、費(fèi)用、工期、安全、經(jīng)濟(jì)等方方面面。勘察過程包含著一系列相互聯(lián)系相互制約的環(huán)節(jié)：場(chǎng)地選擇、原始資料取得、現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)試驗(yàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、方案設(shè)計(jì)與比選、報(bào)告編制與審查。任意一項(xiàng)都是前項(xiàng)工作的總結(jié)和集成，同時(shí)也是后續(xù)工作的基礎(chǔ)和依據(jù)。抓好每一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，勇于解決遇到的各種問題，濕陷性黃土地區(qū)的巖土勘察工作會(huì)越來越好。