勘探孔深度对大厚度湿陷性黄土场地湿陷性评价的影响

赵振财，明安泉，吴昊，朱希

(武汉市勘察设计有限公司，湖北 武汉 430022)

1 引 言

湿陷性黄土是一种特殊性岩土，具有土质较均匀、孔隙发育、结构较为疏松的显著特征。黄土的结构决定了其水敏性和湿陷性[1]。对于大厚度湿陷性黄土，国内多位学者先后在不同区域、从不同角度、不同深度进行了大量的研究和论述，取得了诸多有价值的成果，这些研究和探索为湿陷性黄土地区的工程建设和相关规范的修订完善提供了实践素材。

在工程实践方面，李国良[1]等针对黄土场地隧道地基的湿陷性评价和处理没有专业规范的问题，结合案例，提出适用于隧道工程的湿陷性地基处理技术；周仁[2]等为验证不同桩长的素土挤密桩地基处理效果，通过现场试验，结合监测数据，确定了试验区安全经济的大厚度湿陷性黄土地基处理方案；高虎艳[3]等提出了具有经济节约、操作性强的深层散水等三种地铁隧道黄土地基的处理方案。

在湿陷性黄土地基处理方面，文君[4]等系统总结了大厚度湿陷性黄土地区各类建筑物的地基处理方法；张世径[5]等通过大面积的深层浸水试验，为湿陷性黄土区地基处理深度与剩余湿陷量的合理控制提供了技术参考；邵生俊[6]等依据大量的现场浸水试验和室内试验结果，分析了不同地区黄土场地浸水自重湿陷变形实测值与计算值之间的关系；黄雪峰[7]等针对不同厚度自重湿陷性黄土场地上不同类别的建筑物，提出宜采取的相应地基处理厚度和剩余湿陷量控制标准；姚志华[8]、杨校辉[9]等提出了大厚度自重湿陷性黄土场地的湿陷临界深度的概念和一些关于湿陷性评价方法和剩余湿陷量合理控制等问题的新认识。

此外，对于黄土物理指标与湿陷性的内在关系，张爱军[10]等研究了黄土内部组成及结构与其湿陷性特征的关系；王志良[11]等发现了黄土的湿陷程度不同，抗剪强度发生快速变化的起始压力也不同，且黄土抗剪强度参数的变化与湿陷系数之间存在着一定的相关性；刘祖典[12]、李萍[13]、武小鹏[14]及李雨浓[15]也先后在实践和科研工作中开展了很多有意义的分析和探讨，在评价黄土湿陷性等级方面具有工程实用价值。

近年来，随着城市建设的高速发展，工程建设中面临需处理湿陷性黄土的厚度也越来越大，对地基处理技术的适用性提出了更高的挑战。现行规范[16]中对大厚度湿陷性黄土场地地基处理技术存在一定的局限性，突出表现在由于建筑场地湿陷性黄土下限深度较大，加之诸多外界因素的影响，使得乙、丙类建筑物勘探孔深度很难做到穿透湿陷性黄土而造成的湿陷性评价不准确、地基处理剩余湿陷量难以满足规范要求及地基处理深度过大造成建设成本的增加等问题。对此类大厚度湿陷性黄土场地的勘探孔深度、湿陷性评价及地基处理问题愈来愈被岩土界人士所关注，现行黄土规范亟待改进和完善。

本文从勘探孔深度出发，选取两个关中地区大厚度自重湿陷性黄土场地案例进行分析讨论，结合现行规范[16]的规定，从质量安全、技术可行、经济合理的立足点出发，探讨大厚度湿陷性黄土场地勘探孔深度的确定方法、地基处理深度控制等问题，力图为大厚度湿陷性黄土场地工程勘察与设计提供一定的参考。

2 大厚度湿陷性黄土的分布特征

黄土是第四纪干旱、半干旱气候条件下形成的一种特殊土，在我国分布面积约 63.5万km2，占全国陆地面积的6.6%，主要分布在我国西北、华北等地[1]。各地区的黄土总厚度差异也很大，我国的大厚度湿陷性黄土则主要分布在陇西地区和陇东陕北晋西地区，关中地区、山西冀北地区以及河南(豫西)地区的高阶地上也有大面积分布。

从地貌单元上来看，大厚度湿陷性黄土主要分布于黄土梁、塬、峁及河流高阶地，其分布厚度 10 m～50 m不等。该类黄土场地湿陷性强烈，且多具自重湿陷性，地基的湿陷等级多为自重Ⅲ～Ⅳ级，给工程建设的地基处理带来一定的技术难度和经济成本。表1为节选自规范[16]附表A中的大厚度湿陷性黄土分布一览表。

大厚度湿陷性黄土分布一览表 表1

然而，近年来的勘察资料显示，位于关中渭河北部黄土台塬的合阳、礼泉、咸阳一带渭北台塬 30 m孔深仍未穿透湿陷性黄土；甘肃陇西的高阶地约 35 m孔深未穿透湿陷性黄土层；潼关与三门峡高阶地约 50 m孔深未穿透湿陷性黄土土层，自重湿陷性土层分布深度大于 30 m，局部大于 50 m。以上区域湿陷性黄土分布厚度均已超过规范中提供参考的分布厚度数据。

3 工程实践与现行规范之间存在的矛盾

岩土勘察时，在湿陷性黄土场地勘探孔深度的要求方面，《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004第4.2.4条规定：勘探点的深度应大于地基压缩层的深度，并应符合上述规范中表4.2.4-2的规定或穿透湿陷性黄土层(表2)。

勘探点的深度(摘自规范[16]表4.2.4-2) 表2

在黄土地基处理方面，规范[16]第6章地基处理中给出了明确的规定，现就大厚度湿陷性黄土场地内工程建设的地基处理要求列于表3中。

黄土场地建筑地基处理要求 表3

然而，工程实践中按上述规范的要求，往往会出现勘探孔深度已经满足规范要求，但孔深并未穿透湿陷性黄土层的问题。由此可见，在大厚度湿陷性黄土分布深度范围内，勘探孔深度对黄土自重湿陷量(△ZS)和湿陷量(△S)的计算结果至关重要，勘探孔的深浅会直接影响到按表4对湿陷性黄土场地类别和湿陷等级的判定结果，从而影响到后期地基基础设计时地基土(湿陷性黄土)的处理厚度和剩余湿陷量的控制等地基基础分析、评价的准确性，对大厚度湿陷性黄土场地内乙类和丙类建筑物地基处理的影响更加显著。

湿陷性黄土地基的湿陷等级(摘自规范[16]表4.4.7) 表4

4 工程实例分析

4.1 咸阳某工业厂房项目

(1)项目概况

拟建项目为6栋1层生产厂房，基础埋深 1.5 m，属丙类建筑，地貌单元属黄土台塬，依据现行有关规范、规程，勘探点深度设计为 12.0 m～15.0 m，但现场勘察时发现 15 m以下的黄土仍发育有虫孔和针状孔隙，且有少量钙质结核和蜗牛壳碎片等湿陷性土的外观特征。故外业勘探工作中，将部分钻孔不断加深直至 35.0 m，在TZ7勘探点揭露场地内湿陷性黄土最大埋深为 33.0 m。场地揭露地层沉积韵律清晰，黄土和古土壤交替产出，水平和垂直方向地层变化不大，连续性好，上述地层结构反映了黄土台塬中部地层构成的典型特征。

TZ7勘探点湿陷性计算结果列于表5，自重湿陷量(△ZS)和湿陷量(△S)的计算结果随勘探点深度的变化趋势如图1所示。

咸阳周陵某工业厂房TZ7勘探点湿陷性计算结果 表5

图1 TZ7勘探点湿陷量和自重湿陷量随勘探点深度的变化趋势图

(2)勘探孔深度对湿陷性场地类别判定影响的分析

对照规范，我们不难发现，满足规范要求布设的勘探孔深 15 m的勘察结果，经计算分析得出的结论为：拟建湿陷性黄土场地类别属自重湿陷性黄土场地，场地湿陷等级为Ⅲ(严重)级，湿陷性黄土分布深度为 14.0 m。

然而，通过加大孔深至35 m(穿透湿陷性黄土)，准确的湿陷性判定结果应为：拟建湿陷性黄土场地类别属自重湿陷性黄土场地，场地湿陷等级为Ⅳ(很严重)级，湿陷性黄土分布深度为 33.0 m。

(3)勘探孔深度对黄土地基湿陷性处理的影响

综合拟建建筑物层高、基础埋深及上述分析，根据 15 m勘探孔深度的判定结果，我们按前文表3给出的地基处理措施为：地基处理时宜整片处理，可采取灰土挤密桩进行地基处理，消除地基部分湿陷量的最小处理厚度不应小于 8.7 m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于 200 mm。

但是，根据加大孔深至35 m的判定结果，我们按前文表3给出的地基处理措施却为：地基处理时宜整片处理，可采取灰土挤密桩进行地基处理，消除地基部分湿陷量的最小处理厚度不应小于 15.6 m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于 200 mm。

4.2 礼泉某中学建设项目

(1)项目概况

拟建1栋5层教学楼及其他附属建筑，基础埋深 2.0 m，均属丙类建筑，地貌单元属黄土塬，依据现行有关规范、规程，勘探点深度设计为 15.0 m～20.0 m，但根据附近场地勘察经验，该区湿陷性黄土分布厚度约 30.0 m，且具自重湿陷性，故外业勘探时，将部分钻孔加深至 30.0 m，在ZK1号孔揭露场地内湿陷性黄土最大埋深约 30.0 m。该场区揭露地层沉积韵律较为清晰，分布连续性较好，湿陷性土具大孔、针状孔隙发育，且含少量蜗牛壳碎片的特征，反映了黄土塬前缘地层构成的典型特征。

ZK1号孔湿陷性计算结果列于表6，自重湿陷量(△ZS)和湿陷量(△S)的计算结果随勘探点深度的变化趋势如图2所示。

礼泉某中学ZK1号孔湿陷性计算结果 表6

图2 ZK1号孔湿陷量和自重湿陷量随孔深的变化趋势图

(2)勘探孔深度对湿陷性场地类别判定影响的分析

对照规范，我们不难发现，满足规范要求布设的勘探孔深 20 m的勘察结果，经计算分析得出的结论为：拟建湿陷性黄土场地类别属非自重湿陷性黄土场地，场地湿陷等级为Ⅱ(中等)级，湿陷性黄土分布深度为 18.0 m。

然而，通过加大孔深至30 m(穿透湿陷性黄土)，准确的湿陷性判定结果应为：拟建湿陷性黄土场地类别属自重湿陷性黄土场地，场地湿陷等级为Ⅲ(严重)级，湿陷性黄土分布深度为 30.0 m。

(3)勘探孔深度对黄土地基湿陷性处理的影响

综合拟建建筑物层高、基础埋深及上述分析，根据 20 m勘探孔深度的判定结果，我们按前文表3给出的地基处理措施为：地基处理时宜整片处理，可采取灰土挤密桩进行地基处理，消除地基部分湿陷量的最小处理厚度不应小于 13.2 m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于 200 mm。

但是，根据加大孔深至30 m的判定结果，我们按前文表3给出的地基处理措施却为：地基处理时宜整片处理，可采取灰土挤密桩进行地基处理，消除地基部分湿陷量的最小处理厚度不应小于 21.5 m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于200 mm。

5 结论与建议

通过上述两个案例中勘探孔深度对湿陷性场地类别判定和黄土地基湿陷性处理影响的综合分析，提出以下几点建议：

(1)勘探孔的深度对自重湿陷量(△ZS)和湿陷量(△S)的计算结果至关重要，孔的深浅直接影响到场地湿陷类型与地基湿陷等级的判定，进而影响湿陷性黄土场地地基处理措施的选取；

(2)对重要的多层建筑、易浸水建筑，尤其是大面积新征地，在满足相关规范要求的前提下，丙类建筑物勘探孔深度一般应大于 20 m，乙类建筑物勘探孔深度一般应大于 30 m。此外，还应有一定数量(不少于1/4勘探孔总数)的勘探孔穿透自重湿陷性黄土层，以便对场区的湿陷性黄土场地类型和地基湿陷等级给出准确的判定。

(3)对一般建筑物勘探孔深度应大于地表水可能下渗的深度。水的下渗深度与土的成分、渗透性、水量大小及渗透时间有关，应根据地区经验和拟建物的具体情况来综合确定。

(4)在自重湿陷性和湿陷性土层分布下限深度过大，且难以查明的情况下，对湿陷性土层进行部分处理时，必须加大地基处理的外放尺寸，严格防水措施，并采取结构措施。

(5)对于大厚度湿陷性黄土地区的乙类和丙类建筑物，按现行规范要求地基处理厚度过大而造成建设成本的增加，现行规范修订时，应给出更科学的处理深度控制标准。

(6)对于大厚度湿陷性黄土场地的工程勘察，应注重收集区域湿陷性黄土分布的下限深度数据，以便更好地指导工程实践中勘探孔深度的设计。