湿陷性黄土地基处理措施研究

梁智广

0 引言

黄土湿陷性一直是我国黄土地区工程建设过程中不可避免的一个问题，也是工程地质勘察界最关心的问题。黄土地区遇到的主要病害就是黄土的湿陷性，需根据黄土湿陷性的程度进行适当处理，保证工程的质量，同时兼顾经济性。对黄土的湿陷特性的认识以及处理均对整个工程质量起着关键的作用。在以往的工程建设过程中，由于对湿陷性黄土的认识不够深刻，相应的设计方案和处置措施不够完善，造成了建筑物在建成之后出现了大量的局部沉陷或是不均匀沉降等病害，使其不能正常运营。因此，为确保黄土地区工程建设的质量，对湿陷性黄土的湿陷性进行较深入、细致的研究不仅理论上具有一定意义，而且具有重要的工程实践意义。

1 黄土的湿陷性定义及等级划分

黄土的湿陷性就是在一定应力(即上覆土的饱和自重应力或上覆土的饱和自重应力与附加应力)作用下受水浸湿后，结构迅速破坏，发生显著附加下沉的特性。世界上的黄土，可以发生湿陷的有半数以上。

湿陷等级的划分，主要目的是为了更正确地评价黄土的湿陷程度，从而采取相应的防护措施，使湿陷性黄土地基上的建筑物经济合理，安全可靠。生产实践经验证明，各地区各层土的湿陷程度往往不一致，如果不加区分，不分青红皂白的进行地基设计，对于具有轻微湿陷性的黄土地基采取不必要的设计手段，必将造成浪费;而对于具有严重湿陷性的黄土地基设防措施过于简单，建筑物建成后(或者在建设过程中)出现湿陷事故，危及安全生产和正常使用，有时还会引起人身伤亡等更大的损失。显然，这也是一种浪费。对于发生湿陷事故的工程，还要花费大量资金和时间进行加固处理，亦属浪费。因此，按照湿陷程度将湿陷性黄土划分几个等级，针对不同等级，施以不同的防护措施，是很有必要的。本文依据我国1990年颁布的《湿陷性黄土地区建筑规范》中规定，湿陷强烈程度按湿陷系数为0.03，0.07划分为轻微湿陷、中等湿陷和强烈湿陷三种。

2 黄土湿陷机理分析

关于黄土湿陷原因与机理，有过各种各样的假说，如：毛管假说、可溶盐假说、胶体不足说、水膜楔入说、欠压密理论以及结构理论。这些假说有一个共同认识是水削弱了骨架颗粒间的连接力而导致湿陷，但因对骨架颗粒间胶结物成分及其作用认识不同，实验手段各异，得出不同的结论。它们都能说明问题的一个方面，但不能充分地解释黄土所有的湿陷现象和本质。根据现有资料的综合分析，结合上面对黄土湿陷性影响因素的试验研究及分析，对黄土的湿陷原因与机理进行如下的分析。

人们早就知道黄土湿陷的原因具有外因和内因之分，且外因是通过内因起作用的，那么外因是通过什么样的内因，又是怎样起作用的，则为黄土湿陷的机理。

湿陷性黄土的物质组成以粒径大于0.005 mm的粉粒含量为主，起着骨架颗粒的作用，由于黄土是在干旱半干旱的气候条件下堆积，骨架颗粒间的干摩擦力阻碍颗粒紧密排列，而造成大量的架空孔隙，粒径小于0.005 mm的物质在黄土中起着胶结作用，由X线能谱分析可知，这些物质主要为粘土矿物，陪伴氧化物及碳酸钙，使颗粒间产生一定的连结强度，黄土具有一定的孔隙水，它们主要集聚在颗粒连结处呈不连续分布。这是湿陷性黄土的主要结构特征。黄土结构体系的强度主要取决于黄土的连结强度。连结强度主要是上覆荷重所传递的有效法向应力，粒间的摩擦力与胶结物的连结强度。

黄土的湿陷性随含水量的变化而变化，因为黄土的连结强度都随着其含水量的变化而变化。黄土遇水后，有效法向应力因孔隙水压力增加而减小;由于水的润滑作用，粒间的摩擦系数降低，粒间摩擦力相应地就降低;非抗水的粘粒胶结物由于水膜楔入而距离拉大，连结强度变小。总之水大大削弱了黄土的连结强度，黄土的强度自然会降低。所以水这个外因是通过这些内因起作用的。

黄土在外部荷载作用时，由于湿陷性黄土的特殊的支架大孔结构，而且其颗粒成分非常的不均匀，即使在均匀的外力作用下土骨架中所受到的应力也是不均匀的，而是在土颗粒的胶结物上将发生应力集中。在水的作用下骨架颗粒间的非抗水胶结物本身就发生了软化，连结强度减弱，在应力集中的情况下，就更容易发生破坏，当残留的连结强度抵抗不了使颗粒移动的外力时，部分抗水胶结也被破坏，粒间接触处发生断裂，黄土的粒状架空结构体系崩溃，导致了黄土的湿陷。这就是黄土在外部荷载作用下的变形过程。

通过试验并在扫描电镜下观察表明，在一般的工程荷载下，黄土发生湿陷时，宏观上的大孔，如根孔、虫孔等并不发生破坏，主要发生破坏的是构成黄土架空结构的粒间孔隙。所以小孔隙是黄土湿陷的主要空间条件。

综上所述，我们可以得出结论：黄土的湿陷性并不是受某个单一因素控制，而是多个因素综合控制的结果。黄土的多孔性，架空结构，特别是其中的结构性孔隙的存在是黄土湿陷的空间条件;黄土在水与压力的共同作用下发生的化学、物理化学作用导致粘粒胶结的强度降低，是黄土产生湿陷的基本原因;可溶盐的存在及其含量对黄土湿陷性也造成一定的影响。

3 湿陷性黄土地基处理措施

1)地基处理措施：a.消除地基的全部湿陷量，若采用桩基、深基础等，应穿透全部湿陷性土层。b.消除地基的部分湿陷量，可采用换土垫层、夯实、挤密等方法。湿陷性土地基处理方法，应根据建筑物的类别、湿陷性黄土的特性、技术经济比较并注意施工条件和就地取材的原则。常用地基处理方法可按表1选用。

表1 湿陷性黄土地基处理常用方法

2)防水措施：a.基本防水措施，在建筑布置、场地排水、地面防水、散水等方面，防止雨水或生产生活用水渗入地基内的各项措施。b.检漏防水措施，在基本防水措施的基础上，对防护范围内的地下管道增设检漏管沟和检漏井。c.严格防水措施，对重要建筑场地和高级别湿陷地基，在检漏防水措施的基础上，对防水地面、排水沟、检漏管沟和检漏井等设施提高设计标准，如增设卷材防水层、采用钢筋混凝土排水沟等。

3)结构措施：减小建筑物的不均匀沉降，或使结构物适应地基的变形，建筑平面布置力求简单，或用沉降缝分成若干个体型简单的独立单元，用增设圈梁、基础梁、构造柱等方法，加强建筑物上部结构的整体刚度。

4 结语

在湿陷性黄土地区进行建设时，必须根据湿陷性黄土的特点和工程要求，因地制宜，采取以地基处理为主的综合措施，消除地基的全部湿陷量或部分湿陷量，防止地基湿陷，保证建筑物的安全和正常使用。

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