王濤，姜曉芬

(山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南　250014)

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濟(jì)南地區(qū)黃土成因分析及工程地質(zhì)特征

王濤，姜曉芬

(山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南250014)

通過對(duì)濟(jì)南地區(qū)黃土的成因類型、分布范圍及工程地質(zhì)特征進(jìn)行分析，并對(duì)濟(jì)南西部和東部不同地區(qū)黃土的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)黃土濕限對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生的危害性并提出防治措施和建議。

黃土；濕限等級(jí)；工程地質(zhì)特征；濟(jì)南地區(qū)

引文格式：王濤，姜曉芬.濟(jì)南地區(qū)黃土成因分析及工程地質(zhì)特征[J].山東國(guó)土資源，2015,31(12)：46-49.WANG Tao, JIANG Xiaofen. Origin Analysis and Engineering and Geological Characteristics of Loess in Ji'nan Area[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(12)：46-49.

黃土是一種具有大孔隙結(jié)構(gòu)和垂直節(jié)理發(fā)育的非飽和欠固結(jié)土，天然狀態(tài)下其壓縮性較低，強(qiáng)度較高，但遇水浸濕時(shí)，在自重壓力及附加壓力的雙重作用下，土的壓縮性明顯變大，強(qiáng)度顯著降低，其地基具有突然下沉的性質(zhì)，對(duì)工程建設(shè)安全性危害嚴(yán)重。因此查明濟(jì)南地區(qū)的黃土成因、分布范圍及其工程地質(zhì)特征，做好預(yù)防和處理黃土地基對(duì)工程建設(shè)安全實(shí)施顯得至關(guān)重要。

1　濟(jì)南黃土分布范圍

濟(jì)南黃河以南多屬中低山丘陵、山間河谷和山前沖洪積平原地貌，以北為黃河沖積平原，其特殊的地貌特征，地質(zhì)成因等，黃土分布較為廣泛，厚度變化較大。

根據(jù)對(duì)濟(jì)南城區(qū)及附近大量工程勘察資料進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合已有的研究資料，區(qū)內(nèi)黃土或黃土狀土主要分布于山前沖洪積平原和南部山間溝谷、坡麓斜坡地帶。由西向東自廣里村—東障村—孝里鎮(zhèn)—?dú)w德鎮(zhèn)—長(zhǎng)清縣呂莊—橋子李—平安店鎮(zhèn)—睦里莊—段店南—匡山村東—北園大街以南至花園莊—王舍人—董家鎮(zhèn)—繡惠鎮(zhèn)一線以南區(qū)域。其厚度一般2～10m，局部可達(dá)15m(圖1①)。

2　濕限性黃土評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025-2004)規(guī)定，依據(jù)濕陷系數(shù)δs進(jìn)行判別是否為黃土，濕陷系數(shù)δs大于或等于0.015時(shí)為濕陷性黃土。并根據(jù)δs判別黃土的濕陷程度，當(dāng)0.015≤δs≤0.03時(shí)濕陷性輕微；0.03<δs≤0.07時(shí)，濕陷性中等；大于0.07時(shí)濕陷性強(qiáng)烈。

當(dāng)自重濕陷量Δzs小于或等于70mm時(shí)，為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，大于70mm時(shí)，為自重濕陷性黃土場(chǎng)地。根據(jù)濟(jì)南地區(qū)大量探井取樣試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)黃土主要為非自重濕陷性黃土，自重濕陷性黃土僅個(gè)別地點(diǎn)零星分布，如濟(jì)南市歷城區(qū)水泥廠附近存在自重濕陷性黃土。

非自重濕陷性黃土場(chǎng)地地基的濕陷等級(jí)應(yīng)根據(jù)總濕陷量Δs的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行判定，當(dāng)Δs小于等于300mm時(shí)，判定為Ⅰ級(jí)輕微黃土濕陷；Δs大于300mm時(shí)為Ⅱ級(jí)中等黃土濕陷[1]。

3　濟(jì)南黃土成因

根據(jù)濟(jì)南地區(qū)內(nèi)數(shù)十年來的數(shù)百個(gè)工程地質(zhì)勘察資料的分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并結(jié)合相關(guān)研究資料表明，濟(jì)南地區(qū)黃土一般屬于黃土狀土，形成時(shí)代一般在全新世早期，只有在局部地區(qū)分布有晚更新世的黃土，基本以非自重濕陷性黃土為主。根據(jù)相關(guān)研究資料，濟(jì)南地區(qū)黃土一般屬于風(fēng)成、沖積、洪積等多種成因綜合形成，其組成成分多來自強(qiáng)西北氣流帶來的粉塵，黃土形成后均受到后期水流、植被及生物等進(jìn)一步的物理和化學(xué)作用改造，所以黃土中經(jīng)?？梢钥吹礁鞣N面狀和線狀形態(tài)的透鏡體，這些均是后期水流作用所形成的構(gòu)造特征，這也是研究其成因和其物源的重要特征。在一些特殊的地貌單元，如山谷和坡麓等處，由于少受或不受西北氣流影響，可形成坡積、洪積的黃土狀土，一般厚度較小，水成性狀明顯，中間一般夾雜分選性較差的礫石層[2]。

根據(jù)大量的工程地質(zhì)勘察探井資料，濟(jì)南黃土堆積區(qū)上部一般有黒壚土分布，該層上部黃土應(yīng)為全新世堆積形成。根據(jù)辛良杰對(duì)長(zhǎng)清張夏大沙河附近黃土的研究資料，該區(qū)約7m厚的黃土層為晚更新世的馬蘭期黃土[3]。

圖1　濟(jì)南黃土分布范圍圖

4　黃土工程地質(zhì)特征

根據(jù)濟(jì)南地區(qū)工程勘察探井黃土樣試驗(yàn)資料，濟(jì)南地區(qū)黃土巖性以粉質(zhì)粘土和粉土為主，黃土地基濕陷等級(jí)以Ⅰ級(jí)輕微濕陷為主(表1)*山東省地礦工程勘察院，山東省濟(jì)南城市多參數(shù)立體化綜合地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2005年。。不同場(chǎng)地其黃土的濕陷等級(jí)、物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)具有不同的差別，以濟(jì)南城區(qū)以西和濟(jì)南城區(qū)以東2個(gè)地區(qū)的黃土為例，對(duì)其物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析論述。

表1　濟(jì)南典型地段濕陷性黃土特征

注：濕陷類型為非自重濕陷

4.1濟(jì)南西部地區(qū)黃土工程地質(zhì)特征

通過收集濟(jì)南城區(qū)以西至長(zhǎng)清地區(qū)黃土試驗(yàn)資料，根據(jù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比，西部地區(qū)上部黃土狀土一般具有濕陷性，顏色多呈褐黃色和黃色，局部為黃褐色，多含植物根系及白色絲質(zhì)網(wǎng)膜，多發(fā)育孔隙，見少量蟲孔，垂直節(jié)理發(fā)育輕微，局部含礫石或姜石薄層，一般具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)厚度一般小于6m，但局部可達(dá)15m，濕陷系數(shù)多小于0.070，濕陷性輕微至中等為主，濕陷起始?jí)毫?0～190kPa，屬非自重濕陷性黃土。

(2)濕陷性黃土或黃土狀土的塑性指數(shù)3.0～13.5，巖性以粉土為主，其次為粉質(zhì)粘土。

(3)黃土狀土的壓縮性以中壓縮性為主，其壓縮系數(shù)多小于0.6MPa-1，平均值0.27MPa-1左右，局部屬高壓縮性。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)5～15擊，但壓縮性指標(biāo)的變異系數(shù)較大，離散性較大，說明不同場(chǎng)地不同地貌單元內(nèi)黃土力學(xué)性質(zhì)差別較大，其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表2。

表2　濟(jì)南西部地區(qū)濕陷性黃土主要物理力學(xué)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

此外根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，西部黃土的孔隙比與濕陷系數(shù)存在隨深度變化而變化的規(guī)律，即孔隙比與濕陷系數(shù)與黃土層深度的變化基本趨于一致，在埋深小于2m范圍內(nèi)孔隙比與濕陷系數(shù)隨深度逐漸增大， 1.5～2m間一般至最大，隨后隨深度增加又不斷減小，絕大多數(shù)黃土至6m以下濕陷系數(shù)小于0.015，不具濕陷性。

4.2濟(jì)南東部黃土工程地質(zhì)特征

根據(jù)濟(jì)南城區(qū)東部至高新區(qū)附近探井取樣試驗(yàn)資料，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比，該地區(qū)上部黃土一般具有濕陷性，濕陷性黃土主要呈褐黃色，局部黃褐色，含植物根系白色菌絲體鈣質(zhì)結(jié)核和銹染，多孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育較輕，存在以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)濕陷性黃土層厚度一般小于2～10m，個(gè)別地段大于10m，濕陷系數(shù)0.015～0.037，濕陷性輕微至中等，濕陷起始?jí)毫?00～199kPa，屬非自重濕陷性黃土。

(2)濕陷性黃土塑性指數(shù)7.1～16.1，平均11.6，巖性以粉質(zhì)粘土為主。

(3)壓縮系數(shù)0.05～1.83MPa-1，平均值0.94MPa-1，以中高壓縮性為主。標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)3～17擊，但壓縮性指標(biāo)的變異系數(shù)較大，一般0.3左右，同濟(jì)南城區(qū)西部一樣，說明不同場(chǎng)地和地貌單元的差別較大，其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表3[4]。

表3　濟(jì)南東部地區(qū)濕陷性黃土主要物理力學(xué)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

5　工程建設(shè)危害性及工程防治措施

由于黃土特殊的工程地質(zhì)特征，其黃土地基濕陷性對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生較大的危害，如處理不當(dāng)，會(huì)在很大程度上影響工程的建設(shè)和安全運(yùn)行。

黃土地基處理方法很多，不同地區(qū)應(yīng)根據(jù)該地區(qū)成熟的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，還應(yīng)考慮建筑物的類別和濕陷性黃土的特性、濕限等級(jí)等因素綜合考慮，同時(shí)要考慮場(chǎng)地條件、施工設(shè)備、施工進(jìn)度、材料來源和當(dāng)?shù)貧庀蟓h(huán)境等因素，在技術(shù)可行經(jīng)濟(jì)合理的前提下綜合分析比較后確定。綜合考慮上述因素，根據(jù)濟(jì)南地區(qū)黃土地基特點(diǎn)，比較成熟有效處理方法主要有換填墊層法、強(qiáng)夯法，其他方法如擠密法、化學(xué)加固法、預(yù)浸水法、沖擊碾壓法等應(yīng)用相對(duì)較少，也可幾種方法結(jié)合使用。

5.1灰土墊層法

該方法是將一定深度范圍內(nèi)黃土挖除，最后再用灰土分層回填夯實(shí)。常用于處理乙類和丙類建筑的黃土地基。這種處理方法可消除地基部分或全部濕陷量，增強(qiáng)地基強(qiáng)度，同時(shí)(灰土)地基具有隔水作用，可有效地保護(hù)下部未被處理的濕陷性黃土不致侵水濕陷[5]。

墊層的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)注意以下問題：首先應(yīng)滿足處理厚度的要求，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行墊層下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算；第二灰土比多采用2∶8或3∶7，換填厚度一般小于2m，墊層土料應(yīng)選擇粉質(zhì)粘土，不得含有松軟雜質(zhì)；第三嚴(yán)格控制墊層土料含水量，使其不超過規(guī)范要求；第四施工前最好進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以便更好地確定施工的各種參數(shù)，應(yīng)對(duì)每層進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)收；第五墊層處理的范圍要達(dá)到規(guī)范要求，灰土墊層的搭接設(shè)縫應(yīng)滿足相關(guān)要求，墊層夯壓密實(shí)后建筑地基范圍內(nèi)不得受水浸泡；第六對(duì)處理后的墊層應(yīng)經(jīng)過經(jīng)載荷試驗(yàn)檢測(cè)，當(dāng)壓實(shí)系數(shù)不小于0.95時(shí)，其處理后承載力特征值一般應(yīng)大于150kPa。

5.2強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是反復(fù)將重錘提到高處使其自由落下形成夯坑，通過重錘的沖擊和振動(dòng)能量，從而將地基夯實(shí)的地基處理方法，該方法作用一是可以消除黃土的濕陷性，二是能夠顯著提高黃土地基承載力。該方法應(yīng)用比較廣泛，在處理效果和工期方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

采用強(qiáng)夯法處理黃土地基時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)問題：首先必須進(jìn)行試夯；第二處理范圍必須大于其建筑基礎(chǔ)范圍，并不應(yīng)小于3m；第三根據(jù)建筑基礎(chǔ)平面形狀來確定夯點(diǎn)的布置，并根據(jù)要處理黃土巖性和處理深度確定夯點(diǎn)間距；第四應(yīng)對(duì)處理后的地基進(jìn)行探井取樣、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、載荷試驗(yàn)等方法確定處理效果。

6　結(jié)語(yǔ)

濟(jì)南地區(qū)黃土主要分布于黃河以南的山前沖洪積平原區(qū)、山間河谷及山麓等區(qū)域，厚度變化大，以非自重濕限性黃土為主，對(duì)工程建設(shè)危害較大的特點(diǎn)，詳細(xì)查明其具體成因、分布、巖性、厚度及工程地質(zhì)特性，對(duì)于工程建設(shè)中黃土地基的處理方法的選用、工程造價(jià)的減少，尤其對(duì)工程建筑的安全保證具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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

[2]仝霄金，劉光明.濟(jì)南長(zhǎng)清區(qū)濕限性黃土物理力學(xué)性質(zhì)及地基處理方法[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2013，(2)：39-40.

[3]辛良杰.張夏黃土組成特征及其成因分析[J].中國(guó)地質(zhì)，2005,32(1)：55-61.

[4]周海福，王濤，丁鳳霞.黃土地區(qū)取樣方法對(duì)其物理力學(xué)指標(biāo)的影響[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012,(20):113-117.

[5]傅玉.濕險(xiǎn)性黃土場(chǎng)地勘探方法對(duì)工程影響的探討[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012,(20):830-836.

Origin Analysis and Engineering and Geological Characteristics of Loess in Ji'nan Area

WANG Tao, JIANG Xiaofen

(Shandong Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Jinan 250014, China)

Through analysis on origin types, distribution scope and engineering and geological characteristics of loess in Jinan area, comparing physical and mechanical properties of loess in different regions in western and eastern part of Jinan, harmfulness of the loess wet limits to the construction has been summarzied. Relative prevention countermeasures and suggestions have been put forward .

Loess; wet limit; engineering and geological characteristics; Jinan area

2015-02-28；

2015-03-11；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

王濤(1975—)，男，山東萊州人，高級(jí)工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作；E-mail：shuihuan801@163.com

P642.22；TU444

B

①山東省地礦工程勘察院，王濤、焦麗香，濟(jì)南市工程地質(zhì)條件及城市建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)，2014年。