大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地濕陷性評(píng)價(jià)與地基處理

張森安 曹程明

(中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

0 引言

隨著蘭州城市建設(shè)的迅速發(fā)展，建設(shè)場(chǎng)地向高階地、黃土梁峁擴(kuò)展，逐步向南北兩山的徐家山、白塔山、九洲臺(tái)、大青山的黃土梁峁等土地開發(fā)區(qū)擴(kuò)展，同時(shí)也向榆中的和平等地區(qū)的市區(qū)外圍衛(wèi)星城發(fā)展。與城區(qū)的Ⅰ級(jí)～Ⅲ級(jí)階地類場(chǎng)地相比，新擴(kuò)建的工程場(chǎng)地廣泛分布著厚度大于27m～50m的Ⅳ級(jí)(很嚴(yán)重)自重濕陷性黃土。

本文依據(jù)蘭州市大厚度Ⅳ級(jí)(很嚴(yán)重)自重濕陷性黃土建設(shè)場(chǎng)地的勘察設(shè)計(jì)資料，就黃土梁峁與溝谷改造的大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地的濕陷性分布與變化以及評(píng)價(jià)、地基濕陷可能性以及地基處理方法進(jìn)行分析。

1 大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地的常規(guī)處理方法及特點(diǎn)

1)依靠國內(nèi)現(xiàn)有地基處理的常規(guī)做法(除預(yù)浸水法外)，常常難以滿足《黃土地區(qū)建筑規(guī)范》條文規(guī)定的對(duì)于剩余濕陷量的要求。自重濕陷性下限深度大于15m～20m，不具備采用預(yù)浸水等深部處理的施工條件，采用強(qiáng)夯、擠密等常規(guī)地基處理方法時(shí)，處理深度受限制，很難滿足現(xiàn)行黃土規(guī)范對(duì)剩余濕陷量的要求的場(chǎng)地。2)一般建筑物在可靠的樁基持力層埋深大于30m的自重濕陷性黃土場(chǎng)地采用樁基礎(chǔ)時(shí)，往往技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不合理，或不能保證施工安全。

2 大厚度黃土濕陷性評(píng)價(jià)

2.1 濕陷性室內(nèi)試驗(yàn)壓力

GB50025-2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范第4.3.3-4-1條試驗(yàn)壓力規(guī)定:“10m以下至非濕陷性黃土層頂面，應(yīng)用其上覆土的飽和自重壓力(當(dāng)大于300kPa壓力時(shí)，仍應(yīng)用300kPa)”;第4.3.3-4-2條規(guī)定:“基底壓力大于 300kPa，宜采用實(shí)際壓力”。自重濕陷系數(shù)測(cè)定時(shí)，規(guī)范第4.3.4-1條要求采用上覆土的飽和自重壓力，規(guī)范第4.3.4-2條明確了上覆土的飽和密度計(jì)算式。

實(shí)際在一般場(chǎng)地、一般建筑物工程勘察的土工試驗(yàn)時(shí)，由于“非濕陷性土層”和“基底壓力”尚未確定，土工實(shí)驗(yàn)室不能嚴(yán)格遵照規(guī)范規(guī)定的壓力進(jìn)行試驗(yàn)，濕陷系數(shù)測(cè)定時(shí)，10m以上壓力采用200kPa，10m以下壓力采用300kPa;自重濕陷系數(shù)試驗(yàn)時(shí)，采用的壓力值隨意性較大。規(guī)范要求試驗(yàn)壓力與試驗(yàn)室常規(guī)加荷壓力對(duì)比示意圖見圖1。對(duì)于一般場(chǎng)地和工程，基底壓力不大于300kPa時(shí)，按飽和自重壓力計(jì)算時(shí)，在試驗(yàn)壓力200kPa～300kPa間可能產(chǎn)生濕陷系數(shù)與自重濕陷系數(shù)等值、重復(fù)試驗(yàn)的問題，濕陷系數(shù)測(cè)定結(jié)果對(duì)濕陷性評(píng)價(jià)影響不明顯。

對(duì)于大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地的高層建筑工程，基底壓力大于300kPa，試驗(yàn)壓力采用附加壓力與飽和自重壓力的疊加壓力，對(duì)濕陷系數(shù)的測(cè)定結(jié)果則產(chǎn)生明顯影響。其試驗(yàn)結(jié)果會(huì)造成濕陷等級(jí)、類型與濕陷下限深度的明顯差別。不同試驗(yàn)壓力對(duì)濕陷性影響見圖2。

準(zhǔn)確評(píng)價(jià)地基土濕陷性，應(yīng)遵照規(guī)范要求，按照工程的基底壓力、上覆土的飽和自重壓力確定各個(gè)試樣濕陷性試驗(yàn)壓力。大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地，更應(yīng)該要求試驗(yàn)壓力的規(guī)范化與統(tǒng)一性。

2.2 濕陷性評(píng)價(jià)

2.2.1 濕陷性強(qiáng)弱程度的劃分

大厚度濕陷性黃土為Ⅳ級(jí)(很嚴(yán)重)自重濕陷性，與一般濕陷性黃土場(chǎng)地不同的是濕陷性土層厚度大且有隨深度由強(qiáng)到弱變化的特點(diǎn)，僅按濕陷類型和等級(jí)劃分已不能表述不同場(chǎng)地的濕陷特征。黃土規(guī)范關(guān)于濕陷性強(qiáng)弱程度劃分的概念，對(duì)認(rèn)識(shí)黃土環(huán)境演變及濕陷變形的特點(diǎn)，深入分析濕陷性變化規(guī)律，區(qū)別對(duì)待不同的危害程度與相應(yīng)的處理措施，具有指導(dǎo)意義。

試驗(yàn)壓力對(duì)濕陷性影響較大，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際壓力確定濕陷性試驗(yàn)壓力，依據(jù)規(guī)范劃分地基土濕陷性程度。大厚度黃土濕陷性隨深度增大而減弱，勘察評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)進(jìn)行濕陷性強(qiáng)弱程度分層，重點(diǎn)處理浸水可能性大的淺、中部強(qiáng)～中等濕陷性土層，理性對(duì)待深部浸水可能性小的中等～弱濕陷性土層。

2.2.2 濕陷性土層厚度及下限深度的劃分

濕陷性土層下限深度是地基處理設(shè)計(jì)時(shí)考慮的主要因素?？辈煸诜治鰸裣菪酝翆雍穸燃跋孪奚疃?濕陷性系數(shù)δs＜0.015)時(shí)，應(yīng)考慮到濕陷性試驗(yàn)特定的浸水條件、試驗(yàn)誤差等因素，對(duì)深部偶而出現(xiàn) δs＞0.03 的樣品應(yīng)復(fù)查，對(duì)深部斷續(xù)出現(xiàn)的0.015＜δs＜0.03的樣品，可不作濕陷性下限深度對(duì)待。

由圖2b)可見:完全按 δs＜0.015確定濕陷性下限為43.25m，而考慮試驗(yàn)誤差的斷續(xù)出現(xiàn)濕陷性樣品排除，確定濕陷性下限為30.75m。由此可見，不同試驗(yàn)壓力對(duì)濕陷系數(shù)的影響隨深度變化，濕陷性下限完全按δs＜0.015分析確定具有較大的差異。

2.2.3 自重濕陷系數(shù)對(duì)濕陷等級(jí)影響

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》規(guī)定:濕陷量計(jì)算值Δs的計(jì)算深度，應(yīng)自基礎(chǔ)底面算起;在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，累計(jì)至基底下10m深度止;在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，累計(jì)至非濕陷黃土層的頂面止。其中當(dāng)濕陷系數(shù)δs(10m以下為δzs)小于0.015時(shí)，土層的濕陷量不應(yīng)該累計(jì)。

不同深度、試驗(yàn)壓力下自重濕陷系數(shù)的變化見圖3。若按基礎(chǔ)下10m 以下δzs＜0.015時(shí)不計(jì)算濕陷量;當(dāng) δzs＞0.015計(jì)入總濕陷量。由圖3可見，試驗(yàn)壓力大時(shí)其自重濕陷系數(shù)大，總濕陷量就大，造成濕陷等級(jí)提高。同時(shí)，自重濕陷系數(shù)與濕陷系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果也有一定差異，造成濕陷等級(jí)變化。

2.2.4 濕陷類型與濕陷程度變化

對(duì)未進(jìn)行填挖整平的黃土梁峁溝谷場(chǎng)地以及大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地條件下的濕陷性評(píng)價(jià)，同時(shí)進(jìn)行按填挖條件下的濕陷性評(píng)價(jià)。在不同條件下其濕陷性試驗(yàn)壓力不同，濕陷性計(jì)算起始深度與修正系數(shù)(β0，β)也不相同，使?jié)裣莩潭?、濕陷等?jí)以及濕陷下限深度有所變化。不同深度、不同孔隙比地基土的濕陷系數(shù)隨壓力變化見圖4。

改造場(chǎng)地條件下的濕陷性評(píng)價(jià)，就是要充分認(rèn)識(shí)原始地形條件場(chǎng)地濕陷性，為場(chǎng)地治理提供依據(jù);根據(jù)填挖整平條件，評(píng)價(jià)填挖后場(chǎng)地條件濕陷性，為工程的地基處理和基礎(chǔ)類型建議提供依據(jù);填方后上覆土自重壓力增大，對(duì)非自重濕陷性土其上覆土飽和自重壓力大于濕陷起始?jí)毫Γこ虉?chǎng)地的濕陷類型將有非自重濕陷性黃土場(chǎng)地變?yōu)樽灾貪裣菪渣S土場(chǎng)地的可能性;也會(huì)使?jié)裣萘颗c剩余濕陷量發(fā)生變化。

2.3 濕陷性黃土地基深部浸水可能性分析評(píng)價(jià)目的

對(duì)場(chǎng)地環(huán)境地質(zhì)與濕陷性黃土地基深部浸水可能性分析評(píng)價(jià)，目的是:

1)地下水位上升的可能性、上升幅度，對(duì)建筑場(chǎng)地和建筑物可能帶來的不利影響和程度;包括:地表匯水范圍與入滲、地下水位上升、農(nóng)田灌溉側(cè)滲和地面長期積水垂向滲入;2)側(cè)向浸水的可能性及程度，對(duì)建筑場(chǎng)地和建筑物可能帶來的不利影響和程度;3)建筑場(chǎng)地與周圍環(huán)境的地面標(biāo)高、地形地貌、地層分布、水源狀況，建筑場(chǎng)地及鄰近區(qū)域成為聚水區(qū)或洪水、泥石流經(jīng)過地段的可能性及程度;4)分析對(duì)地基處理后的改良地基和剩余濕陷性土層的影響，為剩余濕陷量的安全性評(píng)估提供依據(jù)，以及對(duì)深部黃土產(chǎn)生可能性進(jìn)行分析評(píng)價(jià);5)不良地質(zhì)作用的不利影響和程度，對(duì)建筑場(chǎng)地穩(wěn)定性和建筑物地基穩(wěn)定性的不利影響和程度，以及地震作用對(duì)建筑場(chǎng)地是否存在地震效應(yīng)的放大作用和產(chǎn)生地基震陷的可能性與程度，建筑場(chǎng)地和建筑物地基可能浸水后在地震作用下帶來的不利影響和程度。

3 基礎(chǔ)形式與地基處理設(shè)計(jì)原則

地基處理深度由剩余濕陷量控制，大厚度濕陷性黃土地基，處理了適當(dāng)厚度后，深部在建筑物荷載作用下的附加壓力小于濕陷起始?jí)毫?，附加壓力下濕陷變形已不占主要地?深部一旦浸水，是否產(chǎn)生濕陷變形，取決于自重壓力是否大于濕陷起始?jí)毫Αr土工程勘察中根據(jù)工程實(shí)踐分析了環(huán)境條件，認(rèn)為大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地沒有產(chǎn)生深部豎向或側(cè)向浸水濕陷的可能條件，且如果深部為弱濕陷性土?xí)r，乙、丙類建筑按規(guī)范要求將對(duì)基底下2m～6m采用了淺部整片處理后，不存在試驗(yàn)室內(nèi)充分浸水飽和條件，也就不會(huì)產(chǎn)生濕陷，從而不一定有較大濕陷量;規(guī)范還規(guī)定:“在濕陷性土層很厚的場(chǎng)地上，甲類建筑消除地基的全部濕陷量或穿透全部濕陷性黃土層確有困難時(shí)，應(yīng)采取專門措施對(duì)地基進(jìn)行處理”;對(duì)乙、丙類建筑也應(yīng)采取專門措施，為此地基處理后不能滿足剩余濕陷量要求時(shí)，地基處理深度達(dá)到輕微濕陷地基土深度，搞好場(chǎng)地防排水等措施也能保證乙、丙類建筑安全。

在規(guī)范5.2.4條、5.5條規(guī)定了不同濕陷等級(jí)時(shí)，埋地管溝與建筑物之間的防護(hù)距離和給排水、供熱與通風(fēng)管溝道防水檢漏設(shè)計(jì)措施，都對(duì)場(chǎng)地與地基土不進(jìn)行消除濕陷性處理情況下的設(shè)計(jì)措施進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定。近些年蘭州市九州土地開發(fā)區(qū)的工程事故表明，大厚度強(qiáng)濕陷性黃土與填土場(chǎng)地上，采用樁基穿越保證建筑物主體安全后，由于忽視場(chǎng)地地基土的淺部處理，常造成管溝、地坪和設(shè)備基礎(chǔ)的下沉，尤其是自重欠壓密固結(jié)的填方場(chǎng)地。此規(guī)定實(shí)際上適用于只進(jìn)行地基處理而未進(jìn)行場(chǎng)地處理及建筑主體采用樁基礎(chǔ)穿越而未進(jìn)行場(chǎng)地處理的情況。

場(chǎng)地地基土如果已全部進(jìn)行了強(qiáng)夯、擠密樁、預(yù)浸水等處理后，但已完成的勘察評(píng)價(jià)濕陷類型與等級(jí)發(fā)生變化，應(yīng)按照處理后的檢測(cè)與評(píng)價(jià)結(jié)果重新考慮濕陷性，確保改良后的設(shè)防措施，重新評(píng)價(jià)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，盡量減少工程的投資。

4 結(jié)語

1)蘭州填挖改造的場(chǎng)地在貌似簡(jiǎn)單工程地質(zhì)條件與濕陷性單一的條件下，隱伏著較復(fù)雜的工程地質(zhì)條件和環(huán)境地質(zhì)條件以及多變的濕陷程度地基土，且為大厚度自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷等級(jí)高。2)濕陷性試驗(yàn)壓力對(duì)濕陷系數(shù)的測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生明顯影響，造成濕陷等級(jí)、類型與濕陷下限深度的明顯差別。3)大厚度自重濕陷性黃土地基，在無深部浸水條件下，不會(huì)產(chǎn)生地基土濕陷性變形;同時(shí)在建筑物荷載作用下，地基土深部的附加壓力小于濕陷起始?jí)毫?，附加壓力下濕陷變形已不占主要地?深部一旦浸水，濕陷變形是否發(fā)生，將取決于自重壓力與濕陷起始?jí)毫烧叩拇笮　?/p>

[1]GB50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[2]JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3]龔曉楠.地基處理手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]羅宇生，汪國烈.濕陷性黃土研究與工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.