浅谈宁夏地区黄土的湿陷性危害及治理方法

张孟州　曹亮

【摘 要】宁夏地处西北地区，湿陷性黄土分布广泛，湿陷性黄土的沉陷，使地基发生不均匀沉降，造成建筑物及道路开裂、下陷及变形。对人安全身及国家财产造成了巨大危害。所以在湿陷性黄土地区，选择合理治理方法，对湿陷性黄土基础做好有效处理至关重要。

【关键词】湿陷性黄土；不均匀沉降；危害；治理方法

0 概述

黄土指的是在干燥气候条件下形成的多孔性具有柱状节理的黄色粉性土。黄土主要分布于世界大陆比较干燥的中纬度地带。全世界黄土分布的总面积大约有1300万平方公里。我国的黄土的分布，西起甘肃祁连山脉的东端，东至山西、河南、河北交接处的太行山脉，南抵陕西秦岭，北到长城，包括陕西、陕西、宁夏、甘肃、青海等五个省区的220多个县市，面积达54万平方公里，占全国土地面积的百分之六。我国西北的黄土高原是世界上规模最大的黄土高原，华北的黄土平原是世界上规模最大的黄土平原。中国黄土按地质形成年代和工程特性基本划分为下列4个地层：

（1）早更新世黄土。简称为Q1黄土，形成于距今70～120万年之间。粉粒和粘粒含量比后期黄土要高，质地均匀，致密坚硬，低压缩，无湿陷性；

（2）中更新世黄土。简称Q2黄土，形成于距今10～70万年之间。同样具有粉粒和粘粒含量比后期黄土要高，质地均匀，致密坚硬，低压缩性的特点。但其最上部已表现出轻微湿陷性，是西北地区黄土地层的主体；

（3）晚更新世黄土。简称Q3黄土，形成于距今0.5～10万年之间。质地均匀，但较疏松，肉眼可见大孔，具湿陷性或强烈湿陷性；

（4）全新世黄土。简称Q4黄土，形成于距今5千年内。一般土质疏松，肉眼可见大孔，具湿陷性或强烈湿陷性。

通常将早期和中期形成的Q1和Q2黄土统称为老黄土，将其后形成的Q3和Q4黄土称为新黄土，可以看出通常所说的湿陷性黄土指的就是新黄土。

宁夏黄土多分布在固原市及同心县周边地区，还有部分分布在盐池县及灵武市周边地区（本地区主要为黄土状粉土）。

1 湿陷性黄土成因

黄土主要分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。湿陷性黄土是指在一定的压力下受水侵蚀，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土；非湿陷性黄土是指在一定的压力下受水侵蚀，无显著附加下沉的黄土。根据地区经验，宁夏地区黄土物理力学性质为：天然含水量12%～22%，塑限为16%～22%，液限为25%～35%，试验研究表明，粗粉粒和砂粒在黄土结构中起骨架作用，由于在湿陷性黄土中砂粒含量很少，而且大部分砂粒不能直接接触，能直接接触的大多为粗粉粒。细粉粒通常依附在较大颗粒表面，特别是集聚在较大颗粒的接触点处与胶体物质一起作为填充材料。

黄土在形成时是极松散的，靠颗粒的摩擦和少量水分的作用下略有连接，但水分逐渐蒸发后，体积有所收缩，胶体、盐分、结合水集中在较细颗粒周围，形成一定的胶结连接。经过多次的反复湿润干燥过程，盐分积累增多，部分胶体陈化，因此逐渐加强胶结而形成较松散的结构形式。季节性的短期降雨把松散的粉粒黏结起来，而长期的干旱气候又使土中水分不断蒸发，于是少量的水分连同溶于其中的盐分便集中在粗粉粒的接触点处，可溶盐类逐渐浓缩沉淀而形成为胶结物。随着含水量的减少土粒彼此靠近，颗粒间的分子引力以及结合水和毛细水的连接力也逐渐增大，这些因素都增强了土粒之间抵抗滑移的能力，阻止了土体的自重压密，形成了以粗粉粒为主体骨架的多空隙结构。当黄土受水浸湿时，结合水膜增厚楔入颗粒之间，于是结合水连接消失，盐类溶于水中，骨架强度随着降低，土体在上覆土层的自重压力或在自重压力与附加压力共同作用下，其结构迅速破坏，土粒向大孔滑移，粒间孔隙减小，从而导致大量的附加沉陷。这就是黄土湿陷现象的内在过程。

综上所述，湿陷产生的根本原因是黄土具有明显的遇水连接减弱，造成了湿陷坍塌。

2 湿陷性黄土危害

湿陷性黄土危害主要内容有：黄土滑坡、黄土崩塌、黄土湿陷、黄土塌陷、地面沉降。其中以为黄土的湿陷最具代表性。

湿陷性黄土在遇水时，土结构连接减弱，发生破坏，造成黄土的沉陷，使地基发生不均匀沉降，造成建筑物及道路开裂、下陷及变形。固原地区有几起楼房坍塌及楼房裂缝都是由于湿陷性黄土地基处理不当，遭水浸泡使得地基下陷造成的，对人安全身及国家财产造成了巨大损失。所以在湿陷性黄土地区，对湿陷性黄土基础做好有效处理至关重要。

3 湿陷性黄土地基处理

当地基的湿陷变形、压缩变形或者承载力不能满足设计要求时，应征对不同土质条件和建筑物的类别，在地基压缩层内或湿陷性黄土层内采取处理措施，各类建筑物的地基处理应符合下列要求：（1）甲类建筑应消除地基的全部湿陷量或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层，或将基础设置在非湿陷性黄土层上；（2）乙丙类建筑应消除地基的部分湿陷量。

湿陷性黄土地基基础常用的处理方法有以下几种：垫层法；强夯法；挤密法；预浸水法；桩基法和其他方法。各种处理方法如下：

3.1 垫层法

垫层法包括土垫层和灰土垫层，是先将基础下的湿陷性黄土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分层夯实做成垫层，以便消除地基的部分或全部湿陷量，并可减小地基的压缩变形，提高地基承载力。

3.2 强夯法

强夯法分为重锤表层夯实及强夯。重锤表层夯实适用于处理饱和度不大于60%的湿陷性黄土地基。一般采用2.5～3.0t的重锤，落距4.0～4.5m，可消除基底以下1.2～1.8m黄土层的湿陷性。

3.3 挤密法

挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基，施工时，先按设计方案在基础平面位置布置桩孔并成孔，然后将备好的素土（粉质粘土或粉土）或灰土在最优含水量下分层填入桩孔内，并分层夯（捣）实至设计标高止。通过成孔或桩体夯实过程中的横向挤压作用，使桩间土得以挤密，从而形成复合地基。值得注意的是，不得用粗颗粒的砂、石或其它透水性材料填入桩孔内。

3.4 预浸水法

预浸水法是在修建建筑物前预先对湿陷性黄土场地大面积浸水，使土体在饱和自重应力作用下，发生湿陷产生压密，以消除全部黄土层的自重湿陷性和深部土层的外荷湿陷性。预浸水法一般适用于湿陷性黄土厚度大、湿陷性强烈的自重湿陷性黄土场地。由于浸水时场地周围地表下沉开裂，并容易造成“跑水”穿洞，影响建筑物的安全，所以空旷的新建地区较为适用。

3.5 桩基础法

桩基础既不是天然地基，也不是人工地基，属于基础范畴，是将上部荷载传递给桩侧和桩底端以下的土（或岩）层，采用挖、钻孔等非挤土方法而成的桩，在成孔过程中将土排出孔外，桩孔周围土的性质并无改善。但设置在湿陷性黄土场地上的桩基础，桩周土受水浸湿后，桩侧阻力大幅度减小，甚至消失，当桩周土产生自重湿陷时，桩侧的正摩阻力迅速转化为负摩阻力。因此，在湿陷性黄土场地上，不允许采用摩擦型桩，设计桩基础除桩身强度必须满足要求外，还应根据场地工程地质条件，采用穿透湿陷性黄土层的端承型桩（包括端承桩和摩擦端承桩），其桩底端以下的受力层：在非自重湿陷性黄土场地，必须是压缩性较低的非湿陷性土（岩）层；在自重湿陷性黄土场地，必须是可靠的持力层。这样，当桩周的土受水浸湿，桩侧的正摩阻力一旦转化为负摩阻力时，便可由端承型桩的下部非湿陷性土（岩）层所承受，并可满足设计要求，以保证建筑物的安全与正常使用。

【参考文献】

[1]GB50025-2004 湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[2]雷祥义.黄土地质灾害的主要类型及其危险性评估[Z].2011，8，24.

[3]湿陷性黄土的成因 危害及处理措施[D].河北工业大学土工学院.

[责任编辑：刘展]