濕陷性黃土地區(qū)建筑隔水措施研究

周 劍， 劉 洋

(中國電建集團(tuán) 西北勘測設(shè)計研究院有限公司， 陜西 西安 710065)

墊層是濕陷性黃土地區(qū)常用的一種地基處理措施，工程人員往往只注意到墊層的置換作用，而對其隔水作用認(rèn)識不足。文章通過對濕陷性黃土地區(qū)事故常發(fā)原因進(jìn)行分析，指出墊層隔水作用對防治濕陷性事故發(fā)生起到重要的作用。

同時，文章提出采用土工膜可作為一種有效的墊層隔水和室外防水的措施，可為濕陷性黃土地區(qū)災(zāi)害的防治提供有益的借鑒。

1 質(zhì)量事故原因分析

規(guī)范[1]的精神是“以地基處理為主，防水措施和結(jié)構(gòu)措施為輔的原則設(shè)計地基基礎(chǔ)”。結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，產(chǎn)生工程事故往往是多方面原因疊加的結(jié)果，但主要誘因可以歸納如下：

(1) 勘察報告濕陷性等級結(jié)論不正確[2-3],導(dǎo)致的原因是多方面的，首先是勘探取樣不符合標(biāo)準(zhǔn)操作流程，土樣擾動；其次是室內(nèi)試驗(yàn)操作不規(guī)范引起的數(shù)據(jù)偏差等。

(2) 素土墊層施工質(zhì)量差，壓實(shí)系數(shù)不達(dá)標(biāo)或壓實(shí)程度欠均勻，處理后的素土墊層仍具有濕陷性[4]。

(3) 灰土墊層施工質(zhì)量差，未拌合均勻，灰土呈交互層狀[4]。很多地區(qū)由于商混的強(qiáng)制使用，現(xiàn)場沒有灰土拌合用的混凝土攪拌機(jī)，多采用農(nóng)用旋耕機(jī)，先鋪一層土，再鋪一層灰的攪拌方式，灰土虛鋪厚度和攪拌深度控制不好，很容易造成拌合不均勻。

(4) 地表排水不暢[4-5]或房屋管道或管溝漏水[2-3，6]。

綜上所述，濕陷性黃土地區(qū)建筑濕陷事故發(fā)生的主要原因可以歸納為：由于管道滲漏或地表排水不暢導(dǎo)致水體下滲，加之墊層設(shè)計或施工不到位，未形成良好得“隔水”作用，造成水滲入地基引起濕陷事故。

規(guī)范[1]要求部分消除濕陷性的乙類、丙類建筑，若現(xiàn)場地基處理施工質(zhì)量控制不到位，水可以滲透墊層、浸泡地基，則直接造成濕陷性事故。因此，建議濕陷性黃土地區(qū)采用地基處理與防水措施并重的原則進(jìn)行設(shè)計。

2 墊層的隔水作用及施工檢驗(yàn)

灰土在水分作用下，石灰、黃土和水三者發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，生成膠化物，膠化物增強(qiáng)了顆粒間的聯(lián)接作用，使?jié)B透系數(shù)降低，穩(wěn)定性增強(qiáng)[7]。

朱景汕等[8]對灰土的研究表明：壓實(shí)的3∶7灰土采用三軸滲透儀進(jìn)行滲透實(shí)驗(yàn)，在相同的圍壓的條件下，滲透系數(shù)是同試驗(yàn)條件黃土的0.001倍。因此，灰土墊層對于由于室內(nèi)管道破裂造成的室內(nèi)水體下滲，能夠起到良好的防滲作用。另外，試驗(yàn)結(jié)果表明，3∶7水泥土墊層比3∶7灰土具有更好的防滲效果[9]。

黃土經(jīng)壓實(shí)后，滲透系數(shù)僅為原狀土的0.2倍[9]，壓實(shí)后的黃土對提高墊層的防滲效果有限，因此壓實(shí)黃土僅作為地基處理措施，而不考慮其防滲作用[10]。

以往墊層施工質(zhì)量的檢測只局限于環(huán)刀取樣的壓實(shí)試驗(yàn)和現(xiàn)場靜載試驗(yàn)，對于有隔水要求的灰土及水泥土墊層，建議增加室內(nèi)滲透性試驗(yàn)，并根據(jù)埋深情況及基底附加應(yīng)力的大小確定滲透實(shí)驗(yàn)的圍壓大小。

3 混凝土底板剛性防水

基礎(chǔ)形式為筏板或設(shè)置防水板的建筑，筏板或防水板自身就是混凝土剛性防水，且板底鋪設(shè)柔性的建筑防水卷材可進(jìn)一步起到阻止室內(nèi)水體下滲地基的作用。

導(dǎo)致地下室底板出現(xiàn)裂縫的因素很多，如基礎(chǔ)不均勻沉降、溫度應(yīng)力、構(gòu)造問題、設(shè)計原因、施工問題等都會使混凝土底板產(chǎn)生裂縫[11-12]。

雖然混凝土底板裂縫不能完全避免，但對于濕陷性黃土地區(qū)設(shè)置了防滲墊層的建筑，室內(nèi)漏水下滲卻需要經(jīng)過底板裂縫、建筑防水、防滲墊層路徑，才能到達(dá)濕陷性黃土層，且室內(nèi)漏水不可能形成較大的水頭差。因此，對于采用混凝土底板+建筑防水且采用防滲墊層的建筑，室內(nèi)漏水下滲引起濕陷性事故的可能性很小。

規(guī)范[1]對墊層的防滲效果和基礎(chǔ)的隔水作用并沒有進(jìn)行細(xì)化，建議對板底鋪設(shè)卷材防水的筏板基礎(chǔ)及防水板基礎(chǔ)的建筑，可以結(jié)合工程實(shí)際，進(jìn)一步減小灰土或水泥土墊層厚度。

4 土工膜特性及其在墊層隔水中的應(yīng)用

4.1 土工膜特性

土工膜是20世紀(jì)興起的土工防水、隔水材料，由于具有良好的不透水性、抗拉強(qiáng)度、延伸性及耐腐蝕性、耐久性而被廣泛地應(yīng)用于各大防滲工程中。且其表面較為粗糙，使得接觸面的摩擦系數(shù)增大，從而增強(qiáng)了土工膜及其保護(hù)層的穩(wěn)定性[13]。

嚴(yán)格來說,土工膜并不是絕對的不透水，水氣滲透試驗(yàn)測得的數(shù)值在0.5×10-10cm/s～0.5×10-13cm/s之間。根據(jù)米海珍等[9]的研究結(jié)果表明，土工膜的滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于3∶7水泥土的滲透系數(shù)。

常見的土工膜厚度從0.25 mm～2.5 mm不等。根據(jù)規(guī)范[14]條文，在墊層級配良好的條件下，0.25 mm厚度的土工膜就可以承受200 m作用的水頭而不破，說明土工膜具有良好的承載能力?？紤]到土工膜材質(zhì)缺陷及施工質(zhì)量等因素，參照規(guī)范[14]規(guī)定，建議土工膜應(yīng)用于建筑工程地基處理中的厚度不宜小于0.5 mm。

復(fù)合土工膜是土工膜的一種，由土工膜和土工布組合而成的土工合成材料，其中，土工布起到加筋作用，可以顯著增強(qiáng)土工膜抗拉強(qiáng)度，同時也進(jìn)一步提高了其與土層間的摩擦力。

且對于采用抗老化劑的土工膜，使用年限可以達(dá)到50 a以上，與建筑的使用壽命相匹配。

4.2 土工膜在墊層隔水中的應(yīng)用

濕陷性黃土地區(qū)對湖區(qū)土工膜防滲[15-16]和水渠土工膜防滲[17]及路基[18]的應(yīng)用較多，而對于濕陷性黃土地區(qū)建筑地基的應(yīng)用卻幾乎沒有。

借鑒土工膜在水利、道路行業(yè)中應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)以及結(jié)合土工膜自身良好的材料性能，土工膜作為濕陷性黃土地區(qū)建筑地基的防滲措施是可行的，土工膜與防滲效果較好的灰土或水泥土墊層結(jié)合，可進(jìn)一步增強(qiáng)墊層的隔水效果，作法大樣如圖1所示。

采用這種墊層型式可以給建筑物構(gòu)建更加可靠的防滲保障，同時墊層厚度也可以相應(yīng)的減少，應(yīng)用于深厚濕陷性黃土地區(qū)具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

土工膜施工注意事項(xiàng)：

(1) 土工膜鋪設(shè)時，下層的灰土或水泥土墊層壓實(shí)度應(yīng)滿足設(shè)計要求，同時墊層表面平整，無突起的尖銳物體。

圖1土工膜灰土墊層大樣圖

(2) 鋪設(shè)土工膜時，橫向、縱向搭接長度不宜小于1 m，土工膜與墊層應(yīng)貼緊、無縫隙。

(3) 回填上部灰土或水泥土?xí)r，應(yīng)采用人工鋪填，避免機(jī)械鋪填將土工膜擠皺。

(4) 控制好上部灰土或水泥土虛鋪厚度，應(yīng)采用人工整平，機(jī)械碾壓時，行進(jìn)方向平行于建筑物短邊。

另外，對于土工膜應(yīng)用于墊層，這種新的結(jié)合形式，建議進(jìn)一步研究它的適應(yīng)性，并根據(jù)柱底附加應(yīng)力的大小合理確定h1的厚度。

5 土工膜在室外防水中的應(yīng)用

某工程位于西安市常寧新區(qū)，四層框架結(jié)構(gòu)，用途為職工食堂，一層為廚房操作間，二層—四層為就餐區(qū)。由于場地高差起伏較大，①軸與⑧軸高差相差3.0 m，基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)+防水板形式，基礎(chǔ)埋深：-1.800 m。

根據(jù)巖土工程勘察報告可知：該工程場地地貌屬一級黃土臺塬，第②層黃土層具有濕陷性，②層以下不再具有濕陷性。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，評價為I級非自重濕陷性黃土場地，各土層分布及物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 土層分布及物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)規(guī)范[1]要求，采用1 m厚3∶7灰土墊層進(jìn)行地基處理。墊層及基礎(chǔ)施工完畢后，發(fā)現(xiàn)場地濕陷性等級評價有誤，根據(jù)周邊臨近場地地勘資料、現(xiàn)場再次取土樣第三方試驗(yàn)結(jié)果及專家評審意見，確定該場地應(yīng)為Ⅱ級自重濕陷性黃土場地。

出現(xiàn)濕陷性等級評價錯誤的原因歸結(jié)于現(xiàn)場勘探取樣不符合標(biāo)準(zhǔn)操作流程或室內(nèi)試驗(yàn)操作不規(guī)范。

根據(jù)規(guī)范[1]要求，Ⅱ級自重濕陷性黃土場地，地基處理厚度不宜小于2.5 m，且下部未處理的濕陷性土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于200 mm。經(jīng)復(fù)核，采用1 m厚3∶7灰土墊層處理可以滿足未處理的濕陷性土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于200 mm的要求，但不滿足2.5 m的最小處理厚度要求。

鑒于墊層及基礎(chǔ)已施工完畢，為避免返工造成的惡劣影響及引起的經(jīng)濟(jì)損失，同時保障建筑物自身的安全可靠，經(jīng)專家評議，結(jié)論如下：

(1) 由于建筑物基礎(chǔ)采用條基加防水板，且板底設(shè)置了建筑卷材防水，能夠起到阻止室內(nèi)管道漏水下滲地基的作用，需要解決的問題是防止室外水下滲地基。

(2) 建筑物周圍打五排水泥土擠密樁，成樁樁徑550 mm，樁間距900 mm，樁端進(jìn)入非濕陷③古土壤層(Q3el)。

(3) 為防止地表水下滲，擠密樁頂水平方向應(yīng)鋪設(shè)土工膜，擠密樁與土工膜之間應(yīng)做500 mm厚水泥土墊層。

(4) 為防止雨水下滲，擠密樁頂水平方向應(yīng)鋪設(shè)土工膜，擠密樁與土工膜之間應(yīng)做500 mm厚水泥土墊層。

(5) 土工膜鋪設(shè)應(yīng)具有一定排水坡度。

(6) 減少打樁對正在施工的建筑物影響，打樁工作面調(diào)整至基礎(chǔ)底標(biāo)高。

室外防水作法詳圖，如圖2所示。

經(jīng)過上述處理措施，較好地解決了工程中存在的安全隱患，該方案可為類似工程提供有益借鑒。

6 結(jié)論及建議

通過上述論述，文章指出濕陷性黃土地區(qū)事故的防治，應(yīng)特別關(guān)注墊層的隔水效果及室外的防水措施，并給出以下建議：

(1) 濕陷性黃土地區(qū)，對于未完全消除濕陷性的乙、丙類建筑，建議采用地基處理與隔水措施并重的設(shè)計方法。

圖2室外防水作法詳圖

(2) 濕陷性黃土地區(qū)，對于未完全消除濕陷性的乙、丙類建筑，采用墊層處理，應(yīng)優(yōu)先選用隔水效果較好的灰土、水泥土墊層。

(3) 對于有隔水要求的灰土、水泥土墊層建議增加墊層滲透試驗(yàn)要求，以保障墊層的隔水效果。

(4) 土工膜具有良好的材料性能，與墊層結(jié)合使用，可進(jìn)一步增強(qiáng)墊層的隔水效果。這種新的結(jié)合形式應(yīng)用于深厚濕陷性黃土地區(qū)具有廣闊的前景。

(5) 濕陷性黃土地區(qū)，土工膜也可作為室外防水的一種有效措施，該措施可以有效防止室外水下滲地基引起濕陷性事故。