大厚度湿陷性黄土场地湿陷性评价与地基处理

张森安 曹程明

(中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000)

0 引言

随着兰州城市建设的迅速发展，建设场地向高阶地、黄土梁峁扩展，逐步向南北两山的徐家山、白塔山、九洲台、大青山的黄土梁峁等土地开发区扩展，同时也向榆中的和平等地区的市区外围卫星城发展。与城区的Ⅰ级～Ⅲ级阶地类场地相比，新扩建的工程场地广泛分布着厚度大于27m～50m的Ⅳ级(很严重)自重湿陷性黄土。

本文依据兰州市大厚度Ⅳ级(很严重)自重湿陷性黄土建设场地的勘察设计资料，就黄土梁峁与沟谷改造的大厚度湿陷性黄土场地的湿陷性分布与变化以及评价、地基湿陷可能性以及地基处理方法进行分析。

1 大厚度湿陷性黄土场地的常规处理方法及特点

1)依靠国内现有地基处理的常规做法(除预浸水法外)，常常难以满足《黄土地区建筑规范》条文规定的对于剩余湿陷量的要求。自重湿陷性下限深度大于15m～20m，不具备采用预浸水等深部处理的施工条件，采用强夯、挤密等常规地基处理方法时，处理深度受限制，很难满足现行黄土规范对剩余湿陷量的要求的场地。2)一般建筑物在可靠的桩基持力层埋深大于30m的自重湿陷性黄土场地采用桩基础时，往往技术经济性不合理，或不能保证施工安全。

2 大厚度黄土湿陷性评价

2.1 湿陷性室内试验压力

GB50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范第4.3.3-4-1条试验压力规定:“10m以下至非湿陷性黄土层顶面，应用其上覆土的饱和自重压力(当大于300kPa压力时，仍应用300kPa)”;第4.3.3-4-2条规定:“基底压力大于 300kPa，宜采用实际压力”。自重湿陷系数测定时，规范第4.3.4-1条要求采用上覆土的饱和自重压力，规范第4.3.4-2条明确了上覆土的饱和密度计算式。

实际在一般场地、一般建筑物工程勘察的土工试验时，由于“非湿陷性土层”和“基底压力”尚未确定，土工实验室不能严格遵照规范规定的压力进行试验，湿陷系数测定时，10m以上压力采用200kPa，10m以下压力采用300kPa;自重湿陷系数试验时，采用的压力值随意性较大。规范要求试验压力与试验室常规加荷压力对比示意图见图1。对于一般场地和工程，基底压力不大于300kPa时，按饱和自重压力计算时，在试验压力200kPa～300kPa间可能产生湿陷系数与自重湿陷系数等值、重复试验的问题，湿陷系数测定结果对湿陷性评价影响不明显。

对于大厚度湿陷性黄土场地的高层建筑工程，基底压力大于300kPa，试验压力采用附加压力与饱和自重压力的叠加压力，对湿陷系数的测定结果则产生明显影响。其试验结果会造成湿陷等级、类型与湿陷下限深度的明显差别。不同试验压力对湿陷性影响见图2。

准确评价地基土湿陷性，应遵照规范要求，按照工程的基底压力、上覆土的饱和自重压力确定各个试样湿陷性试验压力。大厚度湿陷性黄土场地，更应该要求试验压力的规范化与统一性。

2.2 湿陷性评价

2.2.1 湿陷性强弱程度的划分

大厚度湿陷性黄土为Ⅳ级(很严重)自重湿陷性，与一般湿陷性黄土场地不同的是湿陷性土层厚度大且有随深度由强到弱变化的特点，仅按湿陷类型和等级划分已不能表述不同场地的湿陷特征。黄土规范关于湿陷性强弱程度划分的概念，对认识黄土环境演变及湿陷变形的特点，深入分析湿陷性变化规律，区别对待不同的危害程度与相应的处理措施，具有指导意义。

试验压力对湿陷性影响较大，应根据工程实际压力确定湿陷性试验压力，依据规范划分地基土湿陷性程度。大厚度黄土湿陷性随深度增大而减弱，勘察评价时应进行湿陷性强弱程度分层，重点处理浸水可能性大的浅、中部强～中等湿陷性土层，理性对待深部浸水可能性小的中等～弱湿陷性土层。

2.2.2 湿陷性土层厚度及下限深度的划分

湿陷性土层下限深度是地基处理设计时考虑的主要因素。勘察在分析湿陷性土层厚度及下限深度(湿陷性系数δs＜0.015)时，应考虑到湿陷性试验特定的浸水条件、试验误差等因素，对深部偶而出现 δs＞0.03 的样品应复查，对深部断续出现的0.015＜δs＜0.03的样品，可不作湿陷性下限深度对待。

由图2b)可见:完全按 δs＜0.015确定湿陷性下限为43.25m，而考虑试验误差的断续出现湿陷性样品排除，确定湿陷性下限为30.75m。由此可见，不同试验压力对湿陷系数的影响随深度变化，湿陷性下限完全按δs＜0.015分析确定具有较大的差异。

2.2.3 自重湿陷系数对湿陷等级影响

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》规定:湿陷量计算值Δs的计算深度，应自基础底面算起;在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下10m深度止;在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷黄土层的顶面止。其中当湿陷系数δs(10m以下为δzs)小于0.015时，土层的湿陷量不应该累计。

不同深度、试验压力下自重湿陷系数的变化见图3。若按基础下10m 以下δzs＜0.015时不计算湿陷量;当 δzs＞0.015计入总湿陷量。由图3可见，试验压力大时其自重湿陷系数大，总湿陷量就大，造成湿陷等级提高。同时，自重湿陷系数与湿陷系数试验结果也有一定差异，造成湿陷等级变化。

2.2.4 湿陷类型与湿陷程度变化

对未进行填挖整平的黄土梁峁沟谷场地以及大厚度湿陷性黄土场地，应进行现场地条件下的湿陷性评价，同时进行按填挖条件下的湿陷性评价。在不同条件下其湿陷性试验压力不同，湿陷性计算起始深度与修正系数(β0，β)也不相同，使湿陷程度、湿陷等级以及湿陷下限深度有所变化。不同深度、不同孔隙比地基土的湿陷系数随压力变化见图4。

改造场地条件下的湿陷性评价，就是要充分认识原始地形条件场地湿陷性，为场地治理提供依据;根据填挖整平条件，评价填挖后场地条件湿陷性，为工程的地基处理和基础类型建议提供依据;填方后上覆土自重压力增大，对非自重湿陷性土其上覆土饱和自重压力大于湿陷起始压力，工程场地的湿陷类型将有非自重湿陷性黄土场地变为自重湿陷性黄土场地的可能性;也会使湿陷量与剩余湿陷量发生变化。

2.3 湿陷性黄土地基深部浸水可能性分析评价目的

对场地环境地质与湿陷性黄土地基深部浸水可能性分析评价，目的是:

1)地下水位上升的可能性、上升幅度，对建筑场地和建筑物可能带来的不利影响和程度;包括:地表汇水范围与入渗、地下水位上升、农田灌溉侧渗和地面长期积水垂向渗入;2)侧向浸水的可能性及程度，对建筑场地和建筑物可能带来的不利影响和程度;3)建筑场地与周围环境的地面标高、地形地貌、地层分布、水源状况，建筑场地及邻近区域成为聚水区或洪水、泥石流经过地段的可能性及程度;4)分析对地基处理后的改良地基和剩余湿陷性土层的影响，为剩余湿陷量的安全性评估提供依据，以及对深部黄土产生可能性进行分析评价;5)不良地质作用的不利影响和程度，对建筑场地稳定性和建筑物地基稳定性的不利影响和程度，以及地震作用对建筑场地是否存在地震效应的放大作用和产生地基震陷的可能性与程度，建筑场地和建筑物地基可能浸水后在地震作用下带来的不利影响和程度。

3 基础形式与地基处理设计原则

地基处理深度由剩余湿陷量控制，大厚度湿陷性黄土地基，处理了适当厚度后，深部在建筑物荷载作用下的附加压力小于湿陷起始压力，附加压力下湿陷变形已不占主要地位;深部一旦浸水，是否产生湿陷变形，取决于自重压力是否大于湿陷起始压力。岩土工程勘察中根据工程实践分析了环境条件，认为大厚度湿陷性黄土场地没有产生深部竖向或侧向浸水湿陷的可能条件，且如果深部为弱湿陷性土时，乙、丙类建筑按规范要求将对基底下2m～6m采用了浅部整片处理后，不存在试验室内充分浸水饱和条件，也就不会产生湿陷，从而不一定有较大湿陷量;规范还规定:“在湿陷性土层很厚的场地上，甲类建筑消除地基的全部湿陷量或穿透全部湿陷性黄土层确有困难时，应采取专门措施对地基进行处理”;对乙、丙类建筑也应采取专门措施，为此地基处理后不能满足剩余湿陷量要求时，地基处理深度达到轻微湿陷地基土深度，搞好场地防排水等措施也能保证乙、丙类建筑安全。

在规范5.2.4条、5.5条规定了不同湿陷等级时，埋地管沟与建筑物之间的防护距离和给排水、供热与通风管沟道防水检漏设计措施，都对场地与地基土不进行消除湿陷性处理情况下的设计措施进行了相应的规定。近些年兰州市九州土地开发区的工程事故表明，大厚度强湿陷性黄土与填土场地上，采用桩基穿越保证建筑物主体安全后，由于忽视场地地基土的浅部处理，常造成管沟、地坪和设备基础的下沉，尤其是自重欠压密固结的填方场地。此规定实际上适用于只进行地基处理而未进行场地处理及建筑主体采用桩基础穿越而未进行场地处理的情况。

场地地基土如果已全部进行了强夯、挤密桩、预浸水等处理后，但已完成的勘察评价湿陷类型与等级发生变化，应按照处理后的检测与评价结果重新考虑湿陷性，确保改良后的设防措施，重新评价设防标准，尽量减少工程的投资。

4 结语

1)兰州填挖改造的场地在貌似简单工程地质条件与湿陷性单一的条件下，隐伏着较复杂的工程地质条件和环境地质条件以及多变的湿陷程度地基土，且为大厚度自重湿陷性黄土场地，湿陷等级高。2)湿陷性试验压力对湿陷系数的测定结果产生明显影响，造成湿陷等级、类型与湿陷下限深度的明显差别。3)大厚度自重湿陷性黄土地基，在无深部浸水条件下，不会产生地基土湿陷性变形;同时在建筑物荷载作用下，地基土深部的附加压力小于湿陷起始压力，附加压力下湿陷变形已不占主要地位;深部一旦浸水，湿陷变形是否发生，将取决于自重压力与湿陷起始压力两者的大小。

[1]GB50025-2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[2]JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范[S].

[3]龚晓楠.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2008.

[4]罗宇生，汪国烈.湿陷性黄土研究与工程[M].北京:中国建筑工业出版社，2009.