湿陷性黄土地基处理方案

湿陷性黄土及黄土地质灾害

摘要：黄土在我国分布较广，湿陷性黄土地基是一种常见的特殊地基，有其特殊的性质。

关键词：湿陷性黄土地质灾害

1. 黄土分布及概述

黄土作为一种常见的工程地基，在世界各地分布很广，面积达1300万km2，约占地球陆地总面积的9．3％。中国黄土主要分布于北纬33°～47°之间，尤以34°～45°之间最为发育。总面积约为63．5万km2，占世界黄土分布的4．9％左右。黄土的堆积厚度为世界之最，其厚度中心在洛河和泾河流域的中下游地区，最大厚度达180～200 m。由此向东西两边逐渐减薄。其分布南始于甘肃南部的岷山、陕西的秦岭、河南的熊耳山、伏牛山，北以陕西白于山、河北燕山为界，西起祁连山，东至太行山。湿陷性黄土约占中国黄土分布面积的60％左右，主要分布于黄河中、下游地区，厚度最大达30 m左右。并具有自东向西、自南向北其湿陷性逐渐加剧的规律。

黄土按其成因分为原生黄土和次生黄土。一般将不具层理的风成黄土称为原生黄土，原生黄土经过流水冲刷、搬迁重新沉积而成的为次生黄土，工程界统称它们为黄土。次生黄土一般具有层理，较原生黄土结构强度要低。黄土在一定压力（土自重或自重压力和外压力）作用下，受水浸湿后结构迅速破坏而发生的显著下沉现象，称之为湿陷。具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。中国现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》GBJ25－90对湿陷性黄土从工程角度作了明确划分，将湿陷系数δs≥0．015的黄土定义为湿陷性黄土，同时将实测或计算自重湿陷量大于7cm的湿陷性黄土定义为自重湿陷性黄土，将实测或计算自重湿陷量小于或等于7 cm的湿陷性黄土定义为非自重湿陷性黄土，并将黄土的湿陷等级划分为轻微（Ⅰ级）、中等（Ⅱ级）、严重（Ⅲ级）、很严重（Ⅳ级）4个级别，这里不再详述。

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。

2. 湿陷性黄土定义及分布

湿陷性黄土指的是，在土覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土，属于特殊土。有些杂填土也具有湿陷性。广泛分布于我国东北.西北.华北.华东部分地

区的黄土具有湿陷性。

2.1 大直径空心混凝土灌注桩在处理湿陷性黄土地基中的应用

陕西省东雷抽黄续建工程曾是陕西的重点工程，工程总投资15．0亿元，其下寨抽水站是提黄灌溉工程的三级站，笔者有幸参加了该站的设计工作，该项目的设计获得陕西省优秀工程设计一等奖。该站主要建筑物之一出水塔的基础就是深达17．0m的自重湿陷性黄土，湿陷等级为Ⅱ级，塔体重量为4 500 t。其上游连接的是直径达2．0m的4根厂房出水管道，下游衔接的是渡槽，所以对塔体的基础处理是极为重要的，一旦塔体沉陷，将直接影响上下游建筑物的安全。

地基处理先后对可能采用的灰土挤密桩、碎石震冲桩、静压桩、混凝土灌注桩以及沉井等方案进行了逐一比较，灰土挤密桩和碎石震冲桩存在的问题是处理深度不够和造价较高，采用混凝土灌注桩则造价更高。为了降低造价，项目组邀请了陕西省水电工程局，陕西省水利工程建设管理局等施工单位的专家进行共同探讨，就工程施工方案的可行性进行分析，最后通过了项目组推荐的混凝土灌注桩方案。为了降低造价提高单桩承载力，设计拟采用空心混凝土灌注桩外加端部扩头来提高单桩的承载力，经过对不同桩径的反复试算，最后采用了8根桩径为2．0m，壁厚0．3 m，桩端扩头直径3．6 m的空心混凝土灌注桩，桩深30 m，桩距6．0 m。负摩阻力系数取1．55 t／m2，正摩阻力系数取3．5 t／m2，桩端标准承载力21 t／m2，修正后为79．8 t／m2，单桩承载力812．4 t。当时查到的国内最大桩径为1．6 m，该桩的桩径已达到国内同类工程的最大桩径。工程实施已近10 a，一直运行正常。

2.2宁夏扬黄扩灌工程十一泵站厂房湿陷性黄土基础的处理

宁夏扬黄扩灌工程十一泵站主副厂房总长度77．5 m，主厂房宽13 m，副厂房宽14．5 m。其基础为自重湿陷性黄土，厚度达36．5m，自重湿陷等级为Ⅲ～Ⅳ级，湿陷评价为严重～很严重。由于基础湿陷等级太高，而且厚度很大，面又广，经过多方比较，基础处理方案定为采用预浸水处理消除基础黄土的湿陷性。设计在建筑物周边外放5～10 m范围内（80 m×40 m）布置了6个20 m×20 m 的浸水畦块，浸水坑深80 cm，然后在坑内用洛阳铲挖浸水孔，孔径8 cm，孔深23 m，孔距5．0 m，孔内填入碎石或砂砾石。浸水时，水深保持在淹没浸水孔0．5 m以上。经过224 d的持续观测（其中浸水观测162 d，停水观测62d）。坑内停水前沉降量为127．5～188．6 cm，平均167．7 cm，停水后沉降量为16．2～85．3 cm，平均167．7 cm。浸水前后累计平均沉降量为215．1 cm。单位面积耗水量33．6 t／m3。浸水停止4个月后，在现场布置探坑3个，探坑深度13 m，在探坑深度范围内每米取样1件，进行室内常规土工试验。探坑开挖后发现，13 m以下的土层仍呈饱和状态，不能取样。根据土工试验结果，在饱和自重压力下的自重湿陷性系数（δzs）均小于0．015，计算自重湿陷量△zs＝1．9 cm，小于7 cm。200 kPa压力下的最大湿陷系数（δ）也小于0．015，计算总湿陷量△＝6．0 cm。说明基础黄土的湿陷性已基本消除。

实际施工中存在的问题是浸水处理后的泵站场地上层土层，仍呈中～高压缩性，以中压缩性为主，其承载力标准值为130～150 kPa。另外，预浸水后基础土层含水量过高，接近于饱和状态致使后续工作无法正常进行，这也正是预浸水处