湿陷性黄土地区岩土工程勘察和地基处理要点

陈智科

（中国有色金属工业西安勘察设计研究院有限公司，西安710054）

1 引言

湿陷性黄土广泛分布于我国东北、华东、华中以及西北等地区，随着我国“一带一路”倡议的推进，在湿陷性黄土地区的道路、管道和房屋建筑等工程的数量快速增加，湿陷性黄土地基的病害更加突显，严重威胁了这些工程项目的安全性和耐久性[1]。湿陷性黄土地基引发的工程危害会受到湿陷性黄土地层厚度、浸水量以及上部荷载大小等内外因素的影响，这对湿陷性黄土地区的岩土工程勘察和地基处理提出了更高的要求[2]。目前，在实际工程中，对于湿陷性黄土地基的勘察和处理仍存在大量勘察不明、处理不合理的情况，导致湿陷性黄土地基引发的工程病害频发。因此，进一步探讨湿陷性黄土地区的岩土工程勘察和地基处理要点，为湿陷性黄土地区的工程病害防治提供指导和建议，对湿陷性黄土地区的工程建设有重要意义。

2 湿陷性黄土地区地质特征及工程特性

我国湿陷性黄土主要分布于干旱、半干旱地区，最常见的湿陷性黄土为上更新统风积马兰黄土（Q3eol）和全新统风积黄土（Q4eol），均是典型的风成原生黄土。湿陷性黄土颗粒主要为粉粒，约占总质量的50%～70%，粒径小于0.005 mm 的黏粒含量较少，一般不超过总质量的10%。此外，碳酸盐、硫酸盐等易溶盐含量也较高。湿陷性黄土土质均匀、结构疏松、多孔隙，垂直节理非常发育，具有显著的结构性。在低含水量的干燥条件下，湿陷性黄土的结构强度较高，压缩性低。但随着含水量的增加，湿陷性黄土结构强度降低，部分易溶盐溶化，导致土层压缩性急剧增大，从而表现出显著的湿陷性，引起很大的附加沉降（见图1）。

图1 湿陷性黄土附加沉降

根据湿陷变形的产生是否需要外部附加荷载，可以将湿陷性黄土分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土2 类；根据湿陷性的大小，又可以将湿陷性黄土的湿陷性分为非湿陷性、轻微湿陷性、中等湿陷性和强湿陷性4 个等级。由于湿陷性黄土具有土质松散、孔隙多且连通性好、垂直节理发育等结构特征，湿陷性黄土的渗透性很强，并且垂直方向渗透系数通常是水平方向渗透系数的数倍，地表水极易浸入很深的地层中，引发深地层湿陷沉降变形。此外，湿陷性黄土具有很强的水敏性，随着含水量的增加，强度快速降低，在饱和状态下黏聚力的降幅一般可达50%～90%，而内摩擦角的降幅较小，一般为10%～30%。

综上，湿陷性黄土是干旱、半干旱地区的一种特殊性质的土，具有显著的湿陷性、很强的渗透性和水敏性，因此，湿陷性黄土地基的勘察和处理具有自己的要点和要求。

3 湿陷性黄土地区岩土工程勘察要点

湿陷性黄土地基的岩土工程勘察要紧密围绕湿陷性、渗透性和强度等主要工程性质开展，以有针对性、有代表性和准确性为原则，采用工程测绘、勘探、取样、现场原位测试、室内实验等多种手段，准确、全面地测定湿陷性黄土地基的各类物理力学参数指标。

3.1 判断黄土的成因

湿陷性黄土主要是由晚更新世风积形成的马兰黄土以及全新世风积形成的黄土组成，而其他更早年代形成的黄土，如中更新世黄土及其以前的离石黄土等，并不具备湿陷性或仅有轻微的湿陷性。因此，进行岩土工程勘察前，要做好湿陷性黄土地层时代与形成原因的分析和判断，可有效提高后续勘察工作的效率和精准性。

3.2 确定勘探方案

湿陷性黄土地基勘探工作应注重2 点：（1）确定勘探点的位置。应根据湿陷性黄土地基场地的地貌特征，将勘探点布置在控制性地段，以有效查清地基场地范围内各土层的空间变化规律，准确反映湿陷性黄土层在纵向、横向的连续性和变化差异，探明地下水位的高度及分布。（2）确定探井深度。为了全面、准确地探明地层中所有湿陷性黄土层的分布情况和工程性质，一般要求探井深度应超过湿陷性黄土层厚度，如果湿陷性黄土地层过厚，可利用物理学取样方法来确定湿陷性黄土层的下限埋深，从而提高勘探效率和质量[3]。

3.3 工程地质测绘要点

为保证湿陷性黄土岩土工程勘察工作的质量，工程地质测绘环节必须得到重视，勘察人员应测绘湿陷性场地的微地貌，分析微地貌的类型、展布情况及不良地质现象，研究地形变化历史、地层岩性、结构和构造特征。此外，勘察人员还需要调查地下水位的季节性变化幅度、深度、升降趋势及其与灌溉情况、地表水体的关系，地表水下渗和侧向浸水性评估也需要得到重点关注。

3.4 明确取样要点

黄土有很强的结构强度，在湿陷性黄土地区取样时，应考虑样本所具备的物理力学性质，合理布置取样点。取样时，勘察人员需要严格依照相关规范要求操作，在不影响土样质量的前提下，借助薄壁取土器进行取样，尽可能减少对所取原状土样的扰动，保证取样质量和效率，为获取有效试验样本和准确反映现场地基土的物理力学特性提供保障。

3.5 勘察试验要点

勘察试验要在严格遵循相关规范要求、真实反映工程实际条件的基础上，对采集到的湿陷性黄土样本进行室内土工试验，准确测定各黄土层的湿陷系数、渗透系数、重度、天然含水量、天然孔隙比和强度指标等工程物理力学性质指标。根据现场实际天然工况和相关标准确定湿陷性黄土地基各黄土层的湿陷性等级，对湿陷类型以及湿陷等级进行划分，确定地基承载力。需要注意的是，在对湿陷性黄土进行土工试验时，应尽量减少土体扰动问题，保持土样的完整性和结构性，得到具有代表性且准确的物理力学指标。

3.6 提升管理效率

在对湿陷性黄土进行岩土工程勘察的过程中，应结合其特征，制订具备良好可行性的勘察方案，并且在不同的勘察阶段，需要选择不同的勘察方法，这样才能保证岩土工程勘察工作高效完成，对湿陷性黄土进行科学的岩土工程勘察评价，给出合理的湿陷性黄土地基处理建议和基础设计建议。同时，要做好试验人员的培训工作，使试验人员的专业能力与综合素质得到进一步提升，加强对勘察过程的监督管理，借助科学的评测方法和分析方法，保证岩土工程勘察的合理性和准确性。

4 湿陷性黄土地区的地基处理方法

黄土的湿陷性是黄土地区地基处理主要关注的问题，目前，浅层湿陷性黄土地基处理方法已较为成熟，但深厚湿陷性黄土地基处理方法尚未形成系统的方案。当前常用的湿陷性黄土地基处理方法有预浸水法、化学加固法、换填垫层法、强夯加固法等。

4.1 预浸水法

对于自重湿陷性黄土地基的处理，可以利用其本身的自重湿陷特征，在建筑工程施工前，做好地基的浸水处理，确保其能够在自重作用下完成湿陷沉降变形，然后再进行建筑施工。一般来讲，预浸水法能够对土层厚度超过10 m、自重湿陷量超过50 cm 的湿陷性黄土地基进行处理，但这种方法适用于处理的黄土厚度小于6 m 的土层，因其自重压力偏低，仍然具有一定的湿陷性，必须做进一步的处理才能确保地基的稳定性和承载能力。

4.2 化学加固法

化学加固法在湿陷性黄土地基处理方面的应用有2 种形式，均适用于地下水位以上的地基加固。（1）单液硅化加固法：需要向地基中加入水玻璃混合溶液，在自重湿陷性场地，溶液能够通过预先设置的灌注孔渗透到地基土中；对于非自重湿陷性场地，则需要施加一定的压力，将溶液压入地基中；（2）碱液加固法：需要向地基中加入碱液，适用于非自重湿陷性黄土场地中已有建筑的地基加固。对比其他方法，化学加固法见效更快，工期更短，但是，成本相对较高，在渗透系数低的黄土地基中并不适用。

4.3 换填垫层法

换填垫层法简单来讲，是将湿陷性土层挖除，利用素土或灰土进行回填，配合分层夯实的方式来对地基进行加固。在进行换填的过程中，根据实际情况，可以选择局部换填或整片换填，适用于地下水位以上的地基处理。在对地基进行加固前，必须确定最佳掺灰比例，一般情况下，石灰掺量比例约为6%。在石灰土换填完成后，地基强度可以得到显著提升。但是，从实际施工角度来看，换填垫层加固法需要对大量土方进行开挖，工程量大且施工周期长，会对周边环境造成一定影响。

4.4 强夯法

强夯法的基本原理是利用重型设备将夯锤提到一定的高度，然后自由落下，对地基进行反复夯击，以达到加固地基的目的。强夯法适用于饱和度Sr＜60%的湿陷性黄土地基的局部或整片处理，一般可处理基底以下3～12 m 范围内的地层。强夯过程会在地基土层内部产生很大的冲击，提高地基土密实度，有效消除湿陷性黄土地基湿陷性，提高地基承载力；另外，可以利用大颗粒材料对夯坑进行回填，进一步实现强夯置换地基加固。但是，应用强夯法在施工过程中会产生很大的噪声和振动，容易对周围环境和已有建筑物造成负面影响，应做好相关评估和防护。

5 结语

综上所述，在对湿陷性黄土地区进行岩土工程勘察时，应紧密结合湿陷性黄土的工程性质，判断土层的性质和成因，做好勘察方案设计和取样工作，严格遵循土工试验测试要求，获取准确、真实、具有代表性的地基土物理力学指标，为后续地基处理和基础设计提供参考依据。在地基处理环节，应从湿陷性黄土实际工况出发，选择恰当的处理方法，最大限度地消除地基的湿陷性，提升地基土的强度和稳定性，保障建筑工程施工质量和施工安全。