总平面设计中常见不良地质土壤处理实例

□□郭丽荣，吴振华

总平面设计中常见不良地质土壤处理实例

Examples of Treating Common Adverse Geological Soils in the General Layout Design

□□郭丽荣，吴振华

近些年来在水泥厂总平面图设计中，我们遇到一些诸如膨胀土、软土、湿陷性黄土等不良地质土壤，对工程建设均有一定的影响。在处理道路、雨水管沟、挡土墙、护坡等设施时，施工方法和过程与常规的处理方法不同，需特殊考虑和采取不同的处理措施。现将水泥厂设计中常见的几种不良土壤处理实例提供给大家，希望能共同探讨。

1 膨胀土

膨胀土对工程建设有特殊危害，其细粒土中颗粒成分主要由强亲水性矿物质组成，是具有吸水显著膨胀、失水收缩和反复湿涨干缩变形的特殊粘性土。

膨胀土的变形破坏具有多次反复性。膨胀土吸水体积膨胀，使其上建构筑物隆起；失水体积收缩，造成土体开裂，并使其上建构筑物下沉。水泥厂总平面设计中，如对膨胀土不加处理或处理不当，常会出现挡土墙、边坡风化剥落、坍塌和滑坡；道路路面纵向裂缝、溅浆冒泥、沉陷和鼓包；排水沟开裂等严重情况。由于膨胀土工程性质极端复杂，在总平面设计中，要充分考虑解决其稳定性的问题。

在华润水泥（南宁）有限公司4000t/d水泥熟料新型干法生产线总平面设计中，遇到了膨胀土问题。该工程的《场地岩土工程勘察报告书》中指出：“勘察场地地处桂西，属亚热带湿润季风气候，环境湿热，分布的基岩为碳酸盐类岩石，经风化形成的粘性土为红粘土，并有不同程度的膨胀潜势。场地内2、3、4层土均属红粘土。其中的自由膨胀率分别为20%、25.1%（20%～40%）。”“工程所在地区南宁双定镇，膨胀土地基大气急剧影响深度为1.656m。”“根据现场地表调查结果，该红粘土具有干缩性，现场地表裂隙具有不规则性，裂隙厚度一般在3～8mm，长度在4～5m之间。”

多年来，膨胀土的判别标准，各行业尚不统一。对于不同对象的膨胀土胀缩等级标准也有差异或侧重的方面不同（表1、2）。

水泥厂总平面设计主要涉及道路、挡墙等方面，所以参照《公路路基设计规范》，此工程膨胀土属弱膨胀土。

1.1 工程具体处理方案

1.1.1 土方工程的处理

土方工程中主要涉及的是场地土壤，而且面宽量大。在此工程中，如果处理得好，可以起到事半功倍的效果。

一般情况下，场地平整土方工程后，需搁置一段时间再进行单项工程施工，使地基湿度有一个平衡过程，其所需搁置的时间视挖方深度与土方量大小而定。一般是土方量越大，需要时间越长。

挖方边坡或挡墙不要一次挖到设计线，沿边坡或挡墙预留厚度30～50cm一层，待边坡或挡墙施工时，再行处理。

填挖交界处2m范围内，挖方地基表面上的土应挖成台阶、翻松，并检查其含水量是否与填土含水量相同，同时采用适宜的压实机具，将其压实到规定的压实度。

表1 《膨胀土地区建筑技术规范》(GBJ112-87)膨胀土胀缩等级标准

表2 《公路路基设计规范》(JTJ013-95)膨胀土胀缩等级标准

如有条件，可采用增加上覆压力（如放置沙袋等措施）来减小膨胀量。

1.1.2 道路工程的处理

该工程粘土属较弱膨胀土，对道路路基不需作特殊处理，但要做好防渗防水处理。道路结构型式采用普通混凝土面层，基层选用水泥稳定碎石，垫层选用碎（砾）石灰土。并在道路路面与雨水沟之间设置硬路肩，硬路肩的面层、基层厚度及材料与道路相同，防止雨水渗入道路基底，破坏道路结构。该工程受场地局限，硬路肩设为0.8m宽。

1.1.3 挡土墙、护坡的处理

（1）挡土墙的处理

挡土墙基础位于粘土层上，属于不均匀的中等压缩性土。挡土墙埋深应大于本地区大气急剧影响深度1.656m，距地面以下1.7m。

挡土墙墙后必须做好地面排水，地面不得有裂缝等不良现象，以免渗水影响墙体。

施工前要做好地面排水，保持基坑干躁。墙身砌出地面后，基坑必须及时回填夯实，并做成不小于5%的向外流水坡，以免积水下渗，影响墙体稳定。

墙后从墙底起40°范围内应回填砂卵石类土或碎石类土。

在挡土墙墙趾、墙顶6m范围内，采用三合土铺筑50cm厚封闭土层，防止雨水渗入，破坏墙体。

（2）护坡的处理

根据勘察报告建议，结合当地实践经验，挖方地段采用1：1护坡，填方地段采用1：1.5护坡。

墙体材料采用浆砌片石护坡，是较安全的边坡防护方式，但一定要做好排水设施。必要时加密泄水孔孔数。同时，应在边坡顶设置截水沟，并且护坡坡顶至截水沟之间应封闭，不得让雨水渗入。因浆砌片石护坡造型呆板，应配以爬壁藤绿化，以达到美化和实用的目标。

另外，对于挡土墙和护坡，业主必须配置专人负责，随季节变化定期进行检查维修，以便发现问题及时解决。

1.1.4 雨水排除的处理

排水沟宜浅而宽，不宜深而窄，宜明不宜暗。大型给排水管沟应设在场区边缘；室外给排水管沟应远离建筑物。

排水沟与挡土墙、护坡基础之间设置宽度≥1.0m的平台，以防渗水影响挡土墙、护坡基础。

同时，将排水沟沟底地基下30cm进行换水泥石灰土（建议比例1:2:7）处理，有利于基础稳定，防止排水沟变形漏水。

1.1.5 绿化工程

应种根浅、覆盖面大的花草、攀藤植物及生长慢的树；不可种根深、生长快的树，尤其不能种桉树。树与建筑物的安全距离应≥6m为宜，而花草、攀藤植物与建筑物的安全距离不受限制。

1.2 工程总结

前述的各种专项工程处理方法，它们相互的施工顺序必须按照一定的程序进行。施工程序为：先按场地平整、治坡要求，把多面坡的复杂场地变成单面坡的简单场地，然后再按场地排水沟及排洪沟、通水电，护坡、挡土墙、道路、场地管沟、单项工程等的先后顺序施工，确保场地排水通畅，边坡稳定。

华润水泥（南宁）有限公司4000t/d项目一期工程已经达标达产，今后将继续跟踪试验，为膨胀土填筑改性处理提供更完善的实验依据，同时不断改进技术。

2 湿陷性黄土

黄土是第四纪的一种特殊堆积物。其主要特征为：颜色以黄色为主，有灰黄、褐黄等色，含有大量粉粒，一般在55%以上；具有肉眼可见的大孔隙，孔隙比在1左右；富含碳酸钙成分及其结核；无层理，垂直节理发育；具有湿陷性和易溶蚀、易冲刷、各向异性等工程特性。

黄土浸水后在外荷载或土自重的作用下发生的下沉现象，称为湿陷。黄土受水浸湿后在土的自重压力下发生的湿陷，称为自重湿陷性黄土；在自重压力下浸湿不发生沉陷，但在附加压力下发生沉陷，称为非自重湿陷性黄土。黄土湿陷可造成管道断裂、地基下沉、墙体开裂、房屋倒塌等事故。

在冀东海德堡（泾阳）水泥有限公司5000t/d新型干法水泥生产线、乌兰水泥厂（2000t/d）等总平面设计中，均遇到了湿陷性黄土问题。冀东海德堡（泾阳）水泥有限公司，由西安建材地质工程勘察院提供的《河北冀东水泥（集团）股份有限公司泾阳王桥镇厂址项目岩土工程勘察》报告，指出冀东水泥泾阳有限责任公司建设场地主要由第四系黄土状粉质粘土、粉质粘土、卵石、中粗砂、卵、砾石组成，其中黄土状粉质粘土具有一定的湿陷性。

《湿陷性黄土地区建筑规范》中对建筑工程地基湿陷性等级的评定方法，以黄土自重湿陷量和总湿陷量判定（表3）。

冀东海德堡（泾阳）水泥有限公司5000t/d新型干法水泥生产线根据工程地质勘察报告，场区为非自重湿陷性场地，地基土湿陷等级为I～II级，且区域分界不明显。

2.1 工程具体处理方案

在非自重湿陷性黄土地基上，对Ⅰ级湿陷性黄土采用素土垫层处理地基。对于Ⅱ级湿陷性黄土采用3：7灰土垫层处理地基，处理厚度为1.0～1.5m，如处理厚度小于1.0m时，湿陷性仍要危及构筑物或管道安全。

2.1.1 道路工程的处理

道路路基采用普通压实和冲击夯实相结合的措施来加固地基。

路基在采用一般的压路机压实后，再采用25kJ冲击压实机进行补强。（1）填方路段路基冲击碾压要求:采用冲击碾压20～30遍。（2）挖方路段路基冲击碾压要求:采用冲击碾压40遍。（3）填挖交接频繁及半填半挖地段路基冲击碾压要求:采用冲击碾压30遍。

表3 湿陷性黄土地基的湿陷等级

道路结构采用普通混凝土面层，厚24cm；基层选用水泥稳定碎石，厚20cm；垫层厚120cm。夯(压)实应分层进行，分层厚度不大于15cm，按重型击实标准的压实度不小于95%。（1）在非自重湿陷性黄土Ⅰ级地段，采用素土垫层。素土垫层是先超挖去基层下的素土，然后回填素土分层夯实。素土垫层的土料一般以粘性土为宜，填土必须在无水的基坑中进行。夯(压)实施工时，应使土的含水量接近于最佳含水量；（2）在非自重湿陷性黄土Ⅱ级地段，采用3：7灰土。

在道路路面与雨水沟之间设置硬路肩，硬路肩的面层、基层厚度及材料与道路相同，防止雨水渗入道路基地，破坏道路结构。硬路肩设为1.0m宽。

2.1.2 雨水排除的处理

预防湿陷性黄土产生湿陷性病害的主要措施是防水。因此设施完善的防、排水系统，最大限度地降低地基受水浸湿的可能性是防止黄土湿陷破坏的首选措施，也是最经济的技术措施。

因此在可能情况下，尽量多地设置地表水排水设施，使雨水尽快有序地排出场地，这是一个较为有效的措施。

另外，排水沟沟底地基下50cm要进行处理，有利于基础稳定，防止排水沟变形漏水。作法与道路垫层处理方法相同。

2.2 工程总结

在冀东海德堡（泾阳）水泥有限公司5000t/d新型干法水泥生产线、乌兰水泥厂（2000t/d）这两个项目均已正常生产，并得到验证，工程处理较为安全妥当。

3 软弱地基

我国交通部行业标准《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》将软土定义为“滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土”。其鉴定标准为：（1）天然含水量≥35%或液限；（2）天然孔隙比≥1.0；（3）十字板剪切强度＜35kPa。

我国建设部颁布的《软土地区工程地质勘察规范》规定，凡符合以下三项特征即为软土：（1）外观以灰色为主的细粘土；（2）天然含水量不小于液限；（3）天然孔隙比不小于1.0。

软弱地基是一种不良地基。由于软土具有强度较低、压缩性较高和透水性很小等特性，因此在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的变形和稳定问题。在软弱土地基上的建筑物往往会出现地基强度和变形不能满足设计要求的问题，因而常常需要采取措施，处理地基。处理的目的是要提高软弱地基的强度，保证地基的稳定，降低软弱土的压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降。

软弱地基的种类很多，按成因一般可分为人工填土类地基；海相、河流相和湖相沉积而成的含淤质粘土类地基；各种山前冲积、洪积相所形成的夹卵石、漂石的粘土类地基。复杂的成因造成了它们在物理力学性能上的复杂性，它们的共同特点是承载力低、压缩性高。

软土可造成路基的滑移、开裂，路面起伏不平，桥涵通道等人工构造物处的跳车颠簸等等危害。

在老挝水泥工业有限公司2500t/d生产线总平面设计中，由于洪水位要求，整个场地填高2.5m左右，形成人工填土类地基。同时，地质报告中指出，粘土为黄灰与黑灰色，硬塑～软塑，底部不均匀地夹强风化白云岩、灰岩角砾。主要岩土参数：含水量25%～30%，孔隙比0.90～1.10，比 重 2.69～2.71，密 度 1.61～1.85g/cm3，液 限 28% ～44% ，塑 限11%～23%，压缩模量3～4MPa，自由膨胀率52%～30%，标贯击数5～12击 ，承 载 力 基 本 值（f0）为 60～200kPa。土壤情况近似软弱地基。

3.1 工程具体处理方案

3.1.1 道路工程的处理

（1）处理软弱地基常用的方法在公路方面是排水固结，多用各种不同长度和间距的袋装砂井（直径7～10cm）或塑料排水板（宽10cm，厚4.5～6.0mm）与砂垫层（厚 30～80cm）相结合，虽然这些方法是普通的，但却是有效的经济的。

同时，为了加快固结而且可提高地基承载力，也可用直径30～50cm或更小一些的砂桩或碎石桩，但造价比上述常用方法要增加至少3～5倍。

（2）轻质路堤：轻质路堤的作用是减轻路堤自重，减小或加速软土沉降提高土体抗剪强度，同时它作为填料还有节约投资、减少占地等效益。

我国轻质路堤采用的材料一般是粉煤灰，国外也有用大块型硬质泡沫塑料的。粉煤路堤有三种类型，即单一的、土和粉煤灰互层的和土砂及粉煤灰等混合的。

（3）其他辅助方法：土工布分有纺和无纺两种，一般多用编织的，个别的也有两种类型组合的，可以达到优势互补，还有一种材料是塑料加劲格栅，实际上类似“柴排压枝”的作用，这些材料可提高地基整体性，减少地基不均匀沉降，对防止滑移加快施工也有好处。此处还有浅层拌合和换填优质材料及抛石排淤等处理浅层软土。

此工程采用换填优质材料（级配碎石）及抛石排淤的方法处理道路浅层的土壤，以提高地基强度。

3.1.2 雨水排除的处理

将排水沟沟底地基下50cm进行处理，防止排水沟变形。与道路垫层处理方法相同。

3.2 工程总结

老挝水泥厂现已竣工生产，工程处理结果较为理想。

4 冻土

凡温度为负温或零温并含有冰的各类土均称为冻土。在天然条件下，冻结状态持续三年或三年以上的土层称为多年冻土。冬季冻结，夏季全部融化的土层，称为季节冻土。冬季冻结，一两年内不融化的土层，称为隔年冻土。对于道路工程，冻土易产生不均匀冻胀、翻浆、弹簧和热融沉陷等病害。

在乌兰水泥厂、西卓子山水泥厂、阿荣旗蒙西厂5000t/d水泥生产线、黑河5000t/d生产线总平面设计中，均遇到冻土问题。

4.1 工程具体处理方案

以阿荣旗蒙西厂5000t/d水泥生产线为例，厂区冻土深约2.4m。

4.1.1 道路工程的处理

按照规范，当地最小防冻层厚度要求为0.6～0.95m。因此在设计时道路结构采用普通混凝土面层；基层选用水泥稳定碎石；垫层选用当地常见的级配砂或砂砾等颗粒材料。在考虑投资和地下水较深的情况，道路结构层总厚度为78cm可满足要求。

另外，道路分块要尽可能满足最佳长宽比，尽量做到正方形，避免出现较大不规则分块。

4.1.2 竖向设计的处理

在挡土墙设计中，若为在岩石地基，挡土墙基础埋置深度1.0m；非岩石地基，挡土墙墙高≥4m，基础埋置深度2.5m；挡土墙墙高＜4m，基础埋置深度1.5m。沉降伸缩缝每隔10m设置一道或适当加密。

4.2 工程总结

阿荣旗蒙西厂5000t/d水泥生产线工程现已竣工生产，工程处理结果安全可靠。

5 采空区

地下矿层大面积开采后，由于矿层上部岩层失去了支撑，平衡条件被破坏，以致岩层崩落、弯曲，引起地表下沉，形成凹地。采空区对工程造成极大的安全隐患，其破坏形式常有地基承载力不足，地表塌陷、开裂以致地基突然下沉，路基不均匀沉降，边坡坍塌等危害。

在阳泉煤业（集团）新型干法水泥生产线技改工程（2500t/d）、河北金牛能源股份有限公司水泥厂技改工程（2500t/d）一、二期等总平面设计中，遇到煤矿采空区问题。

河北金牛能源股份有限公司水泥厂厂区位于煤矿的采空区上，该采空区北部煤层埋深较浅，约50m左右，南部最深达137m，采空时间1952年～1960年，随后局部进行过残采，残采情况不明，有两条输煤巷道存在。水泥生产线为大型工业项目，其单体建构筑物最大重量达几万吨，对场地的适用性和稳定性要求较高。

5.1 工程处理方案

对采空区进行水泥灌浆充填是使用最多、最为有效的处理方法。在地面上打孔，通过注浆孔将浆液注入采空区，在采空区及上覆岩土层的裂隙中形成结石体，阻止上覆岩土层进一步塌陷冒落，稳定地基。此方法施工相对简单，安全性高，施工工艺成熟，缺点为材料用量大，造价高。在工程中使用最多的是纯水泥浆和水泥砂浆。

经过处理之后，场地稳定性及地基承载力有很大的提高。总平面设计中的各子项施工无需再作特殊处理，按常规设计即可。

5.2 工程总结

河北金牛能源股份有限公司水泥厂对厂区采空区采用水泥灌浆充填处理，在一、二期工程建设投产后，经厂方定期观测，沉降较小，基础较为稳定。属于较为成功的经验作法。

6 总结

上述几种不良地质土质，前三种在总平面设计中时常遇到，且土性较为复杂，但处理措施和方法较多，应用也比较广泛，积累的经验较为丰富。而后两种情况，不常遇到，目前所掌握的处理措施较少，积累的经验数据不全，有待日后进一步研究和解决。

总结近年来工作经验和工程实践，深深感到作为一名设计人员，在水泥厂总平面设计中，针对复杂的工程地质情况应做到：

（1）各类土的地质情况要弄清楚，工程地质条件复杂，还应进行工程地质分区，以便按分区不同再区别地予以处理。在勘察设计时一定要取得准确的土壤工程指标数据，如地质工作做得不够深，在施工时一旦发现，可作些补充勘察及勘探工作，对地质情况作进一步了解。

（2）设计方案要经济合理切合当地实际情况，并在图纸中明确要求施工时要严格遵守施工技术规范和操作规程，所用材料要保质保量，施工机械数量、规格、性能均要满足要求。

（3）作好监理工作，观测仪具事先要埋置好，及时进行监测和记录。

树立质量第一的思想，严格按照规范规程工作，就可以达到地质病害处理施工安全、优质的目的。

TQ172.8

A

1001-6171（2011）01-0032-04

2010-07-15； 编辑：吕 光