刚果CDM场区黄土状粘土湿陷性分析及处理措施

史建松

(华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄 050021)

0 序言

湿陷性土是指那些非饱和的结构不稳定性土。在一定压力作用下受水浸湿时，其结构迅速发生显著的附加下沉。湿陷性土主要有风积的砂和黄土、疏松的填土和冲积土以及由花岗岩和其他酸性岩浆岩风化而成的残积土。此外，还有来源于火山灰沉积物、石膏质土、由可溶盐胶结的松砂、分散粘土、钠蒙脱石以及某些盐渍土等。其中又以黄土最具代表性。本文以刚果CDM公司场区为例，对其黄土状粘土层的湿陷性进行分析。

1 湿陷性黄土的特征、分类及工程性质

黄土一般具有以下特征，当缺少其中一项或几项特征的称为黄土状土[1]。

(1)颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色；

(2)颗粒组成以粉粒(粒径 0.05 mm～0.005 mm)为主，含量一般在60%以上，粒径大于0.25 mm的极少见；

(3)有肉眼可见的大孔，孔隙比一般在1.0左右；

(4)富含碳酸盐类，垂直节理发育。

本文所要研究的粘土具有上述特征的两种，颗粒较小，孔隙较大，属于黄土状粘土，根据规范规定，可采用湿陷性黄土的计算方法进行分析研究。

黄土的湿陷性分为自重湿陷和非自重湿陷。前者系指黄土遇水后，在其本身的自重作用下产生沉陷的现象；后者系指黄土浸水后，在附加荷载作用下所产生的附加沉陷。

2 黄土的湿陷性评价

当湿陷系数δs小于0.015时，应定为非湿陷性黄土；当湿陷系数δs等于或者大于0.015时，应定为湿陷性黄土。

湿陷性黄土的湿陷程度，可根据湿陷系数δs的大小分为三种[2]:

(1)当 0.015≤δs≤0.03 时，湿陷性轻微；

(2)当 0.03＜δs≤0.07 时，湿陷性中等；

(3)当 δs＞0.07 时，湿陷性强烈。

根据自重湿陷系数δzs和湿陷系数δs可以计算出自重湿陷量Δzs和湿陷量。

当计算值Δzs≤70 mm时，应定为非自重湿陷性黄土场地，反之则为自重湿陷性黄土场地。

湿陷量Δs的计算深度应自基础底面 (如基底标高不确定时，自地面下1.50 m)算起，见图1。在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下10 m(或地基主要压缩层)深度止，在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷性土层顶面止，其中湿陷系数δs(10 m以下为δzs)小于0.015的土不累计。

图1 土样代表深度hi计算示意图

湿陷性黄土地基的湿陷等级，应根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值等参数按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB 50025-2004）判定。

3 工程实践

刚果CDM公司年产4000 t电积铜、3000 t粗制氢氧化钴湿法冶炼项目场地位于刚果(金)加丹加省卢本巴希市新工业开发区CDM公司老厂区西侧，华北有色工程勘察院有限公司刚果(金)公司承担了该厂区的详勘任务。

通过勘察，发现该场地上部为粘土层，层厚4 m～6 m，通过现场钻探观察发现，该土层为坡积层，层状结构明显，具有颗粒小、孔隙大等特点，怀疑具有湿陷性。取样进行试验发现，该层粘土确实具有湿陷性，为黄土状粘土层。

3.1 实验室试验参数分析

在该场地内分布了7个探井，位置分布见图2。

图2 探井位置分布示意图

在探井中取原状土样进行土的常规试验，所得黄土状粘土层的试验参数见表1。

表1 黄土状粘土层物理力学参数统计表

从表1中的数据，可以明显的看出:该层土为黄土状粘土，比起湿陷性黄土所具有的特点，该层土的液限、塑限、塑性指数、C值和Ф值都较大，这是由该厂区勘察时间正好为旱季的最后一个月导致。当地旱季时间长，温度高达30℃，蒸发量很大，表层土中的水分大量蒸发，导致黄土状粘土含水率较小，土的C值和Ф值都较大。通过钻探和场地平整情况可以得知，该场地表层土都是回填压实土，第二层为洪积粘土，层状结构明显，孔隙较大，孔间充填有白色物质，而其余5项参数都符合黄土的特征，根据工程经验和国内相关规范的规定，初步判断该场地土层为黄土状粘土层，具有湿陷性。

3.2 土的湿陷系数、自重湿陷系数和起始压力

该场地内表层黄土状粘土具有层状结构，土的孔隙较大，能够明显的看到孔隙结构，根据以往的工程经验，该层土可能具有湿陷性[3]。本工程开挖了7个探井，取Ⅰ级原状试样33件，得出的参数见表2。

试验结果表明，T01～T05探井试样的自重湿陷系数大部分都大于0.015，初步判断该场地为自重湿陷场地；土层试样所有大的湿陷系数处于0.058～0.147之间，均大于0.03，部分湿陷系数大于0.07，初步判断场该地湿陷性中等到强烈。

表2 部分黄土状粘土的湿陷性参数

3.3 土层自重湿陷量和湿陷量计算

根据公式1、公式2和图1的计算方法，结合实验室所得各土层的自重湿陷系数和湿陷系数，可以计算出该黄土状粘土层的自重湿陷量和湿陷量。

表3 探井自重湿陷量和湿陷量计算值

通过计算该场地黄土状粘土层的自重湿陷量Δzs和湿陷量 Δs，可以看出 T1，T3，T5，T6 探井具有自重湿陷量，T1，T3，T5的自重湿陷量均 70 mm＜Δs＜350 mm，湿陷量 300 mm＜Δs＜600 mm，为自重湿陷区域，根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）标准判断，该场地为Ⅱ(中等)级湿陷场地；T6自重湿陷量小于70 mm，属于非自重湿陷场地，湿陷量Δs＞300 mm，属于Ⅱ(中等)级湿陷场地；T2，T4，T7 的自重湿陷系数δzs均小于0.015，没有自重湿陷量，为非自重湿陷区域，湿陷量均小于300 mm，为Ⅰ(轻微)级湿陷场地。综合上述情况和探井分布的区域，考虑该场地勘察等级为乙级，建筑物比较重要，可以判定该场地为Ⅱ(中等)级湿陷性场地。

对于该区域的内探井湿陷量的不均匀性，主要是现场的地层条件决定的。该场地没有平整前，是一片热带原始草原，其中灌木丛生，蚂蚁包林立，蚂蚁包有3 m多高，是非洲蚂蚁搬运的地下粘土堆积而成。蚂蚁包内部孔隙很大，含水率低，具有高压缩性，工程性质极差，蚂蚁包地下被非洲蚂蚁掏空，形成了巨大的地下网道，地下土层孔隙很大。通过钻探，发现该区域土层属于洪积土，层状结构明显，层间充填有小砾石和白色钙状物，土层性质较稳定。平整场地时，使用工程机械整平了这些蚂蚁包，蚂蚁包地表以上的粘土被整平到了场地的表层，被压路机压实，地表高程得到统一。但是蚂蚁包地表以下的松散组织并没有被压实。T1，T3，T5探井正好开挖在了蚂蚁包所在的位置，而T2，T4，T6，T7开挖在洪积粘土层的位置，所以导致了探井湿陷量差异和场地湿陷等级的差异。

3.4 湿陷性场地处理措施

当地基的湿陷变形、压缩变形或承载力不能满足设计要求时，应针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，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性黄土层上；乙、丙类建筑应消除地基的部分湿陷量。

该场地黄土状粘土层厚度不超过6 m，6 m以下为原岩风化的粉质粘土，工程性质较好，可以作为持力层，场地的湿陷等级属于Ⅱ(中等)级，建筑等级为乙级，根据表4[4]所提供的方法，可以采用强夯法、挤密法或桩基进行处理，消除地基的部分湿陷量以达到建筑设计要求。考虑到非洲的实际情况，建议采用分层换填、逐层强夯的处理方法。

表4 湿陷性黄土地基常用的处理方法

4 结语

(1)虽然国内的粘土一般不具有湿陷性，但是在非洲特殊的自然环境下，特殊区域的粘土层也具有一定湿陷性，在进行工程勘察时，必须对这些地层进行详细的研究和分析，采用实验室湿陷性试验和现场浸水试验相结合的方法，认真验证粘土层的湿陷性和研究粘土层产生湿陷的原因，为设计者提供可靠的设计参数。

(2)根据湿陷量和湿陷土层厚度评价场地等级时，应充分考虑非洲雨季和旱季时间长、季节分明的特点，结合国内规范和工程经验综合评价，得出符合实际情况的结果。

(3)对于湿陷性地基的处理方法，应根据非洲实际的社会资源和现有的施工条件，提出实际可行的方法，快速、有效的进行施工。