淺談寧夏地區(qū)黃土的濕陷性危害及治理方法

張孟州　曹亮

【摘 要】寧夏地處西北地區(qū)，濕陷性黃土分布廣泛，濕陷性黃土的沉陷，使地基發(fā)生不均勻沉降，造成建筑物及道路開裂、下陷及變形。對(duì)人安全身及國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成了巨大危害。所以在濕陷性黃土地區(qū)，選擇合理治理方法，對(duì)濕陷性黃土基礎(chǔ)做好有效處理至關(guān)重要。

【關(guān)鍵詞】濕陷性黃土；不均勻沉降；危害；治理方法

0 概述

黃土指的是在干燥氣候條件下形成的多孔性具有柱狀節(jié)理的黃色粉性土。黃土主要分布于世界大陸比較干燥的中緯度地帶。全世界黃土分布的總面積大約有1300萬平方公里。我國(guó)的黃土的分布，西起甘肅祁連山脈的東端，東至山西、河南、河北交接處的太行山脈，南抵陜西秦嶺，北到長(zhǎng)城，包括陜西、陜西、寧夏、甘肅、青海等五個(gè)省區(qū)的220多個(gè)縣市，面積達(dá)54萬平方公里，占全國(guó)土地面積的百分之六。我國(guó)西北的黃土高原是世界上規(guī)模最大的黃土高原，華北的黃土平原是世界上規(guī)模最大的黃土平原。中國(guó)黃土按地質(zhì)形成年代和工程特性基本劃分為下列4個(gè)地層：

（1）早更新世黃土。簡(jiǎn)稱為Q1黃土，形成于距今70～120萬年之間。粉粒和粘粒含量比后期黃土要高，質(zhì)地均勻，致密堅(jiān)硬，低壓縮，無濕陷性；

（2）中更新世黃土。簡(jiǎn)稱Q2黃土，形成于距今10～70萬年之間。同樣具有粉粒和粘粒含量比后期黃土要高，質(zhì)地均勻，致密堅(jiān)硬，低壓縮性的特點(diǎn)。但其最上部已表現(xiàn)出輕微濕陷性，是西北地區(qū)黃土地層的主體；

（3）晚更新世黃土。簡(jiǎn)稱Q3黃土，形成于距今0.5～10萬年之間。質(zhì)地均勻，但較疏松，肉眼可見大孔，具濕陷性或強(qiáng)烈濕陷性；

（4）全新世黃土。簡(jiǎn)稱Q4黃土，形成于距今5千年內(nèi)。一般土質(zhì)疏松，肉眼可見大孔，具濕陷性或強(qiáng)烈濕陷性。

通常將早期和中期形成的Q1和Q2黃土統(tǒng)稱為老黃土，將其后形成的Q3和Q4黃土稱為新黃土，可以看出通常所說的濕陷性黃土指的就是新黃土。

寧夏黃土多分布在固原市及同心縣周邊地區(qū)，還有部分分布在鹽池縣及靈武市周邊地區(qū)（本地區(qū)主要為黃土狀粉土）。

1 濕陷性黃土成因

黃土主要分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土。濕陷性黃土是指在一定的壓力下受水侵蝕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉的黃土；非濕陷性黃土是指在一定的壓力下受水侵蝕，無顯著附加下沉的黃土。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，寧夏地區(qū)黃土物理力學(xué)性質(zhì)為：天然含水量12%～22%，塑限為16%～22%，液限為25%～35%，試驗(yàn)研究表明，粗粉粒和砂粒在黃土結(jié)構(gòu)中起骨架作用，由于在濕陷性黃土中砂粒含量很少，而且大部分砂粒不能直接接觸，能直接接觸的大多為粗粉粒。細(xì)粉粒通常依附在較大顆粒表面，特別是集聚在較大顆粒的接觸點(diǎn)處與膠體物質(zhì)一起作為填充材料。

黃土在形成時(shí)是極松散的，靠顆粒的摩擦和少量水分的作用下略有連接，但水分逐漸蒸發(fā)后，體積有所收縮，膠體、鹽分、結(jié)合水集中在較細(xì)顆粒周圍，形成一定的膠結(jié)連接。經(jīng)過多次的反復(fù)濕潤(rùn)干燥過程，鹽分積累增多，部分膠體陳化，因此逐漸加強(qiáng)膠結(jié)而形成較松散的結(jié)構(gòu)形式。季節(jié)性的短期降雨把松散的粉粒黏結(jié)起來，而長(zhǎng)期的干旱氣候又使土中水分不斷蒸發(fā)，于是少量的水分連同溶于其中的鹽分便集中在粗粉粒的接觸點(diǎn)處，可溶鹽類逐漸濃縮沉淀而形成為膠結(jié)物。隨著含水量的減少土粒彼此靠近，顆粒間的分子引力以及結(jié)合水和毛細(xì)水的連接力也逐漸增大，這些因素都增強(qiáng)了土粒之間抵抗滑移的能力，阻止了土體的自重壓密，形成了以粗粉粒為主體骨架的多空隙結(jié)構(gòu)。當(dāng)黃土受水浸濕時(shí)，結(jié)合水膜增厚楔入顆粒之間，于是結(jié)合水連接消失，鹽類溶于水中，骨架強(qiáng)度隨著降低，土體在上覆土層的自重壓力或在自重壓力與附加壓力共同作用下，其結(jié)構(gòu)迅速破壞，土粒向大孔滑移，粒間孔隙減小，從而導(dǎo)致大量的附加沉陷。這就是黃土濕陷現(xiàn)象的內(nèi)在過程。

綜上所述，濕陷產(chǎn)生的根本原因是黃土具有明顯的遇水連接減弱，造成了濕陷坍塌。

2 濕陷性黃土危害

濕陷性黃土危害主要內(nèi)容有：黃土滑坡、黃土崩塌、黃土濕陷、黃土塌陷、地面沉降。其中以為黃土的濕陷最具代表性。

濕陷性黃土在遇水時(shí)，土結(jié)構(gòu)連接減弱，發(fā)生破壞，造成黃土的沉陷，使地基發(fā)生不均勻沉降，造成建筑物及道路開裂、下陷及變形。固原地區(qū)有幾起樓房坍塌及樓房裂縫都是由于濕陷性黃土地基處理不當(dāng)，遭水浸泡使得地基下陷造成的，對(duì)人安全身及國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失。所以在濕陷性黃土地區(qū)，對(duì)濕陷性黃土基礎(chǔ)做好有效處理至關(guān)重要。

3 濕陷性黃土地基處理

當(dāng)?shù)鼗臐裣葑冃?、壓縮變形或者承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)征對(duì)不同土質(zhì)條件和建筑物的類別，在地基壓縮層內(nèi)或濕陷性黃土層內(nèi)采取處理措施，各類建筑物的地基處理應(yīng)符合下列要求：（1）甲類建筑應(yīng)消除地基的全部濕陷量或采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性黃土層，或?qū)⒒A(chǔ)設(shè)置在非濕陷性黃土層上；（2）乙丙類建筑應(yīng)消除地基的部分濕陷量。

濕陷性黃土地基基礎(chǔ)常用的處理方法有以下幾種：墊層法；強(qiáng)夯法；擠密法；預(yù)浸水法；樁基法和其他方法。各種處理方法如下：

3.1 墊層法

墊層法包括土墊層和灰土墊層，是先將基礎(chǔ)下的濕陷性黃土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分層夯實(shí)做成墊層，以便消除地基的部分或全部濕陷量，并可減小地基的壓縮變形，提高地基承載力。

3.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法分為重錘表層夯實(shí)及強(qiáng)夯。重錘表層夯實(shí)適用于處理飽和度不大于60%的濕陷性黃土地基。一般采用2.5～3.0t的重錘，落距4.0～4.5m，可消除基底以下1.2～1.8m黃土層的濕陷性。

3.3 擠密法

擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基，施工時(shí)，先按設(shè)計(jì)方案在基礎(chǔ)平面位置布置樁孔并成孔，然后將備好的素土（粉質(zhì)粘土或粉土）或灰土在最優(yōu)含水量下分層填入樁孔內(nèi)，并分層夯（搗）實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高止。通過成孔或樁體夯實(shí)過程中的橫向擠壓作用，使樁間土得以擠密，從而形成復(fù)合地基。值得注意的是，不得用粗顆粒的砂、石或其它透水性材料填入樁孔內(nèi)。

3.4 預(yù)浸水法

預(yù)浸水法是在修建建筑物前預(yù)先對(duì)濕陷性黃土場(chǎng)地大面積浸水，使土體在飽和自重應(yīng)力作用下，發(fā)生濕陷產(chǎn)生壓密，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷濕陷性。預(yù)浸水法一般適用于濕陷性黃土厚度大、濕陷性強(qiáng)烈的自重濕陷性黃土場(chǎng)地。由于浸水時(shí)場(chǎng)地周圍地表下沉開裂，并容易造成“跑水”穿洞，影響建筑物的安全，所以空曠的新建地區(qū)較為適用。

3.5 樁基礎(chǔ)法

樁基礎(chǔ)既不是天然地基，也不是人工地基，屬于基礎(chǔ)范疇，是將上部荷載傳遞給樁側(cè)和樁底端以下的土（或巖）層，采用挖、鉆孔等非擠土方法而成的樁，在成孔過程中將土排出孔外，樁孔周圍土的性質(zhì)并無改善。但設(shè)置在濕陷性黃土場(chǎng)地上的樁基礎(chǔ)，樁周土受水浸濕后，樁側(cè)阻力大幅度減小，甚至消失，當(dāng)樁周土產(chǎn)生自重濕陷時(shí)，樁側(cè)的正摩阻力迅速轉(zhuǎn)化為負(fù)摩阻力。因此，在濕陷性黃土場(chǎng)地上，不允許采用摩擦型樁，設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)除樁身強(qiáng)度必須滿足要求外，還應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，采用穿透濕陷性黃土層的端承型樁（包括端承樁和摩擦端承樁），其樁底端以下的受力層：在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，必須是壓縮性較低的非濕陷性土（巖）層；在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，必須是可靠的持力層。這樣，當(dāng)樁周的土受水浸濕，樁側(cè)的正摩阻力一旦轉(zhuǎn)化為負(fù)摩阻力時(shí)，便可由端承型樁的下部非濕陷性土（巖）層所承受，并可滿足設(shè)計(jì)要求，以保證建筑物的安全與正常使用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]GB50025-2004 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[2]雷祥義.黃土地質(zhì)災(zāi)害的主要類型及其危險(xiǎn)性評(píng)估[Z].2011，8，24.

[3]濕陷性黃土的成因 危害及處理措施[D].河北工業(yè)大學(xué)土工學(xué)院.

[責(zé)任編輯：劉展]