濕陷性黃土地區(qū)巖土工程勘察中存在的問題及解決措施

路少山 任睿祺 彭阿麗

山西冶金巖土工程勘察有限公司 山西 太原 030032

引言

在我國西北和黃河中部地區(qū)，濕陷性黃土以粉土為主，同時(shí)工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，黃土的濕陷變形成為工程建設(shè)必須解決的首要問題。干燥的黃土因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，強(qiáng)度較高，力學(xué)性能良好；遇水浸泡后發(fā)生濕陷變形，易引起地表建筑物不均勻的沉降，從而影響建筑的正常使用，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，如何有效地預(yù)防和減小黃土濕陷變形對(duì)建筑的影響，一直是施工人員所面臨的一個(gè)重大課題。

1 濕陷性黃土地區(qū)巖土工程調(diào)查的重點(diǎn)

1.1 對(duì)于黃土土層成因的判斷

黃土是一種富含碳酸巖類的特殊土壤，其垂直節(jié)理發(fā)育，力學(xué)性能較好。由于原生黃土常年受到大風(fēng)和水流的侵蝕搬運(yùn)，從而產(chǎn)生了所謂的“次生黃土”?！按紊S土”的力學(xué)性能較差。在實(shí)際的工程野外調(diào)查中，必須先確定該地區(qū)的地形構(gòu)造情況，然后才能正確識(shí)別本區(qū)的黃土的成因（圖1）。另外，在野外調(diào)查的時(shí)候，也要注意到原有荷載因素、地下水位等外界環(huán)境因素對(duì)濕陷性黃土的影響。

圖1 濕陷性黃土地區(qū)次生黃土剖圖

1.2 勘察取樣和測試

有關(guān)專業(yè)人員對(duì)黃土進(jìn)行采樣時(shí)，應(yīng)使用專業(yè)工具采集樣品。另外，對(duì)于一些特殊區(qū)域或者是地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地方，還需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采取不同的措施方法進(jìn)行采樣測試，保證滿足當(dāng)前工程建設(shè)要求。同時(shí)，未實(shí)施具體項(xiàng)目前，還應(yīng)有效保護(hù)工程勘察點(diǎn)的原有環(huán)境，減少對(duì)地基土的擾動(dòng)，保證勘察取樣和測試的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。在后續(xù)的工作過程中，勘察人員可根據(jù)區(qū)域內(nèi)濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì)，對(duì)項(xiàng)目地基處理提供合理有效的建議，為后續(xù)項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)工作提供數(shù)據(jù)上的保證。

1.3 對(duì)地基厚度的處理進(jìn)行剖析

在濕陷性黃土地區(qū)，有關(guān)專業(yè)人士應(yīng)在項(xiàng)目實(shí)施前，對(duì)項(xiàng)目區(qū)周邊地質(zhì)環(huán)境情況作詳盡現(xiàn)場調(diào)查，并依據(jù)科學(xué)、準(zhǔn)確的勘察數(shù)據(jù)來制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案和施工方案。黃土地區(qū)的地基，應(yīng)針對(duì)黃土的厚度、濕陷情況作細(xì)致的調(diào)查，同時(shí)根據(jù)持力層情況來確定地基類型、埋置深度等，并結(jié)合具體地質(zhì)情況來制定相應(yīng)的處理方案和施工方法。這樣才能保證濕陷性黃土地區(qū)地基設(shè)計(jì)與施工能合理、有效、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行。

2 濕陷性黃土地區(qū)巖土勘察問題

2.1 鉆孔深度布置不當(dāng)

鉆孔的深度過淺，無法穿透濕陷性黃土。在勘探階段，須對(duì)該項(xiàng)目區(qū)內(nèi)濕陷性黃土的影響因子進(jìn)行全面的分析，并結(jié)合區(qū)域黃土濕陷厚度，方能做出準(zhǔn)確的判斷。由于場地內(nèi)濕陷性黃土平面分布不均，局部地區(qū)的濕陷性黃土較薄，設(shè)計(jì)的孔深較大，不僅增加了施工的工作量，增加了施工的成本，還會(huì)對(duì)地基土產(chǎn)生過度的擾動(dòng)和破壞，從而給后期的施工帶來不利影響。

2.2 地基處理方案的建議意見

由于地質(zhì)環(huán)境條件和工程建設(shè)要求的制約，天然地基承載力無法達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。如果僅對(duì)濕陷性黃土地基采取相應(yīng)的加固措施，提高地基土的承載力，而未對(duì)地基土的濕陷性進(jìn)行消除。地基土受水浸濕后，黃土結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而產(chǎn)生濕陷變形；在上部荷載作用，地基發(fā)生沉降變形，進(jìn)而造成建筑物傾斜或破壞。也就是說，雖然經(jīng)過處理的地基承載力提高了，但是增加地基承載力并不是該地基處理的首要目標(biāo)。如果不對(duì)黃土地基的濕陷性做出正確評(píng)定并采取適當(dāng)措施進(jìn)行處理，就有可能導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)嚴(yán)重病害，影響建筑物的正常使用，甚至危及人身安全。所以，工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明晰黃土地基處理的獨(dú)特性和重要性，對(duì)黃土濕陷性及其等級(jí)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估；選用合理的地基處理方式，消除黃土濕陷性，確保地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 樁基的設(shè)計(jì)參數(shù)不準(zhǔn)

在黃土地區(qū)部分項(xiàng)目實(shí)踐中，僅采取樁基礎(chǔ)的建筑物，由于未充分考慮黃土的濕陷變形，造成樁基礎(chǔ)沉降量超過設(shè)計(jì)允許程度?？辈煸O(shè)計(jì)人員，未嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范評(píng)定場地的濕陷類型和地基土的濕陷等級(jí)，提供樁基參數(shù)時(shí)忽略了自重濕陷性場地黃土樁側(cè)阻力為負(fù)摩阻力。樁基的設(shè)計(jì)參數(shù)出現(xiàn)了偏差，從而造成項(xiàng)目落成后樁基下沉超過設(shè)計(jì)允許程度，而承載力顯著降低[1]。此外，在一些例子中，盡管實(shí)施了樁加固，從而減少了濕陷性的影響，但卻不能很準(zhǔn)確地測算和分析樁周側(cè)摩阻力的作用，不能很好地使用樁分?jǐn)偵喜亢奢d作用。

2.4 勘察報(bào)告的編寫不夠規(guī)范

①由于野外工作不充分，研究數(shù)據(jù)有缺少或者有瑕疵，導(dǎo)致各項(xiàng)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)不符合勘察規(guī)范統(tǒng)計(jì)要求，指標(biāo)中的參數(shù)或者資料不全，調(diào)查資料匱乏，難以準(zhǔn)確地分析和判定各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)的可信度。②勘察報(bào)告中的結(jié)論不夠明確，以定性為主，很難量化。僅提供了工程現(xiàn)場最基本的設(shè)計(jì)參考，提供模糊的勘察結(jié)論和建議，而沒有對(duì)具體工程所在的地區(qū)工程地質(zhì)狀況作出準(zhǔn)確的評(píng)估。③勘察報(bào)告的章節(jié)結(jié)構(gòu)并不完整，缺失地形圖、平面圖件，原始資料遺漏，且報(bào)告簽名和印章不規(guī)范；在報(bào)告內(nèi)容結(jié)構(gòu)上也一成不變，死板硬套地按照原來的報(bào)告模板，而沒有關(guān)于相關(guān)地方工程獨(dú)特特點(diǎn)的研究。

3 濕陷性黃土地區(qū)巖土勘察解決辦法

3.1 依據(jù)客觀實(shí)際，編制勘察方案

①對(duì)黃土類型進(jìn)行了合理分區(qū)。通過現(xiàn)場踏勘，了解該項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征及其影響因素。明確黃土?xí)r代、成因，查明濕陷性黃土展布范圍和結(jié)構(gòu)類型，同時(shí)要與其他相鄰建筑物相協(xié)調(diào)，盡量使各勘探點(diǎn)間相互平行或交叉[2]。②收集了先前的研究成果。探井鉆孔個(gè)數(shù)和深度適當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，可節(jié)約投入。明確了現(xiàn)場所在地的主要地形要素和水文地質(zhì)情況；并依據(jù)平面布置地形圖、建筑類型和預(yù)計(jì)載荷等因素開展了必要的施工現(xiàn)場勘測，收集了現(xiàn)有的相鄰建設(shè)項(xiàng)目的地質(zhì)研究數(shù)據(jù)，開展了批判性的大數(shù)據(jù)分析工作，并對(duì)其結(jié)果作出了合理的參考。③勘查點(diǎn)要合理布局。勘探點(diǎn)須涵蓋現(xiàn)場的各種地貌單元及其重要部位，勘探點(diǎn)之間的距離要以規(guī)范規(guī)定為準(zhǔn)?？碧缴疃纫犀F(xiàn)行有關(guān)規(guī)范要求。

3.2 勘察取樣和測試

由于受到自然條件等因素影響，土層分布并不均勻，存在著許多夾層及透鏡體。同時(shí)黃土地基的濕陷等級(jí)因基礎(chǔ)埋置深度的不同而異，必須根據(jù)不同的基礎(chǔ)埋置深度特征，確定其地基下黃土濕陷厚度。所以，勘察中必須按一定間距分層取樣。同時(shí)，為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)地基土性質(zhì)及預(yù)測地基變形趨勢(shì)，必須掌握好原狀土樣的采取、飽和土中含水量以及地下水位埋深等重要因素。在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行采取原裝樣時(shí)，要盡量減少對(duì)土樣品的擾動(dòng)，對(duì)采樣器的使用和操作要做到準(zhǔn)確，采樣的品質(zhì)要符合土層的真實(shí)狀況；從而得出符合場地實(shí)際情況的各項(xiàng)指標(biāo)，為后期的施工設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。

3.3 注重室內(nèi)試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室條件下，黃土的實(shí)驗(yàn)容易出現(xiàn)的問題如下：土樣水分含量高；土樣條件復(fù)雜，易于被干擾；測量結(jié)果少，結(jié)果誤差大；數(shù)據(jù)龐大，數(shù)據(jù)處理困難。為此，應(yīng)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)工藝的監(jiān)控，以保證實(shí)驗(yàn)的精度和可靠性[3]。實(shí)驗(yàn)室要有專職員工，并定期進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)；對(duì)各類試驗(yàn)所需的各類儀表和設(shè)備進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)，做好修理、計(jì)量校正和更換工作；針對(duì)某些特定土樣的試驗(yàn)，采用多種方法進(jìn)行比較，得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。在測量濕陷性時(shí)，常用簡便的雙線法測量方法。這種試驗(yàn)是將樣品放在自然濕度條件下，逐步加載，加至最后一級(jí)壓力，下沉穩(wěn)定后，試樣浸水飽和，從而使其處于完全的飽和狀態(tài)，附加下沉穩(wěn)定后，試驗(yàn)終止。對(duì)各種土樣進(jìn)行的大量的室內(nèi)試驗(yàn)，通過統(tǒng)計(jì)，可以得到較為精確的結(jié)果。

3.4 對(duì)地基處理的厚度進(jìn)行精確分析

在濕陷性黃土區(qū)域，地基設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮到應(yīng)地基處理的黃土厚度。因自重濕陷性黃土地基一般不只在主要壓縮土層中存在濕陷，在壓縮層下面的黃土中也存在濕陷，浸水后，黃土?xí)a(chǎn)生的濕陷。由于場地條件、施工方法、施工技術(shù)等原因，目前對(duì)自重濕陷性地基的地基沉降計(jì)算十分復(fù)雜。非自重濕陷的黃土地基，其濕陷深度通常都不超過主要壓縮層。但在實(shí)際施工中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不符合規(guī)范和施工條件的情況，導(dǎo)致部分治理措施不能奏效或收效甚微[4]。所以，在滿足技術(shù)和經(jīng)濟(jì)情況下，可以將處理的厚度完全涵蓋在適當(dāng)含水率范圍內(nèi)的黃土層，充分考慮場地黃土的濕陷性。根據(jù)施工現(xiàn)場的復(fù)雜程度、建筑物的使用功能、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、不同的地基埋置深度，提出相應(yīng)的地基處理方法，并進(jìn)行比較和選擇。

3.5 勘察成果的完善及報(bào)告的編制

勘察成果是勘察工作的最直觀、最集中體現(xiàn)，為進(jìn)行地基處理、地基設(shè)計(jì)、基坑開挖與支護(hù)、邊坡設(shè)計(jì)和其他方案提供了翔實(shí)的物理力學(xué)指標(biāo)。因此，勘察人員應(yīng)按相應(yīng)的規(guī)范方法進(jìn)行巖土工程分析及評(píng)價(jià)，同時(shí)還應(yīng)了解區(qū)域地質(zhì)情況，特別是項(xiàng)目區(qū)工程地質(zhì)條件，對(duì)項(xiàng)目區(qū)給予準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)論。對(duì)于濕陷性黃土場地而言，應(yīng)查明濕陷性黃土場地的濕陷類型、地基濕陷等級(jí)，并給出滿足規(guī)范要求的消除或減小濕陷量的地基處理方法。因此，在實(shí)際工程中，應(yīng)加強(qiáng)巖土勘察質(zhì)量管理；巖土勘察設(shè)計(jì)人員必須全方位提升自身的素養(yǎng)，同時(shí)改進(jìn)報(bào)告編制的能力。

4 結(jié)束語

綜上所述，濕陷性黃土具有平面分布不均、結(jié)構(gòu)疏松等特點(diǎn)，當(dāng)被水淋濕時(shí)，它的結(jié)構(gòu)將很快被損壞，因而發(fā)生不均勻沉降。因此黃土作為地基土，易受水影響，極易發(fā)生不均勻沉陷變形，導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)傾斜和倒塌現(xiàn)象。在易積水黃土地段，工程建設(shè)前期進(jìn)行勘察時(shí)，要對(duì)其成因及構(gòu)造進(jìn)行研究，以防止工程建設(shè)中明顯的不均勻沉降，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況采取針對(duì)性的地基處理方法和有效的防水措施。