柴 宏 趙帥鵬 李錦銘 殷占忠

（1蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；2寧夏建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站，寧夏 銀川 750001）

蘭西幼兒園位于蘭州市七里河區(qū)，面積約為1000平方米。園內(nèi)有兩棟教學(xué)樓，其中靠南側(cè)的教學(xué)樓平面布置為L型，地上七層，框架結(jié)構(gòu)；靠西側(cè)教學(xué)樓平面布置為一字型，地上三層，框架結(jié)構(gòu)。2015年，幼兒園院內(nèi)靠西側(cè)教學(xué)樓一側(cè)地面出現(xiàn)局部下沉，下沉面積約有150平方米左右，沉降幅度較大，目測有裂縫產(chǎn)生。蘭州理工大學(xué)接受委托對該幼兒園操場的地基進行檢測并處理。

本次檢測目的是在認真分析區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，針對場地沉降特征進行詳勘找出沉降原因，其主要任務(wù)是：1）查明地面沉降的特征、成因、分布范圍、發(fā)展趨勢和危害程度，提出治理方案。2）查明地面局部沉降范圍內(nèi)黃土的類型、年代、成因、分布范圍、工程特性，分析和評價地基的穩(wěn)定性、均勻性和承載能力，提出地基處理方案[1-2]。3）查明對場地有影響的地表水體的分布、水位、水深、水質(zhì)、防滲措施、淤積物分布及地表水與地下水的水力聯(lián)系等，分析地表水體對沉降造成的危害。4）查明地下水的埋藏條件，提供場地的地下水類型、勘察時水位、水質(zhì)、巖土滲透系數(shù)、地下水位變化幅度等水文地質(zhì)資料，分析地下水對地基的作用，提出地下水控制措施。5）判定地下水對場地的腐蝕性。6）分析工程周邊環(huán)境與工程的相互影響，提出環(huán)境保護措施的建議。

1 地質(zhì)勘探分析

1.1 工程鉆探

本次工程勘察鉆探嚴格按照勘察大綱的鉆探技術(shù)要求及《工程地質(zhì)鉆探事前指導(dǎo)書》進行。鉆探設(shè)備采用電動洛陽鏟1臺，由現(xiàn)場地質(zhì)人員對各個鉆孔的巖芯進行編錄和拍照。鉆探按設(shè)計要求采集了擾動卵石樣、原狀砂巖樣和水質(zhì)分析樣，并進行了相關(guān)的原位測試工作。對勘探點編號按照勘察大綱的要求統(tǒng)一進行?？碧近c布置按照《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001(2009年版)的有關(guān)規(guī)定[3]，并根據(jù)委托單位提供的地質(zhì)資料等進行布置，分別鉆孔4個，勘探點平面布置圖如圖1?？碧近c標號為TJ1～4，TJ表示探井，直線表示觀測路徑。假定TJ1處地面高程為100.00，其他各勘察點均由此點引測。

場地在勘探深度范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地下水，可不考慮地下水對場地沉降的影響。

結(jié)合下沉區(qū)域地質(zhì)勘探的鉆孔情況，為查明防空洞大小、埋深及分布，還需在地面布置釬探點。同時判斷是否是廢棄防空洞頂板發(fā)生變形或位移造成地面沉降，為后續(xù)是否對防空洞進行加固處理提供依據(jù)。根據(jù)釬探孔檢測結(jié)果，操場下沒有防空洞，場地土質(zhì)和勘探結(jié)果一致，圖2釬探孔布置圖。

圖1 勘探點平面布置圖

圖2 釬探孔布置圖

1.2 地質(zhì)分析

根據(jù)現(xiàn)場檢測資料，在勘探深度范圍內(nèi)，所揭露地層自上而下依次為：人工填土、粉土2個工程地質(zhì)層，分述如下：

①-1層：雜填土（Q4ml）雜色，稍濕，稍密～濕。主要成分為粉土，夾雜砂礫、塊石、碎磚塊、煤渣、白灰等建筑、生活垃圾。該層層厚1.20～1.40m。

①-2層：素填土，灰褐色，稍密，稍濕～濕（局部2.2～4.0m段含水量較大，土質(zhì)很濕，TJ3局部段飽和），主要成分為粉土，雜質(zhì)成分較少，雜有少量的植物根系、桿經(jīng)，偶見塊石，濕陷性土，濕陷到底。該層層厚5.50～7.30m，層面埋深1.20～1.60m。

②層：粉土（Q4al+pl）黃褐色-灰褐色，稍濕-濕，稍密，場地內(nèi)連續(xù)分布，該層上部含少量植物根系，土質(zhì)不均勻，局部夾有粉質(zhì)粘土薄層，搖振反應(yīng)中等，無光澤反應(yīng)，韌性低，干強度低，濕陷性土，濕陷性逐漸消失。層面埋深6.70～8.80m。

該場地位于蘭州，其粉土顆粒占總重量約50%～70%，濕陷系數(shù)大于0.015，再結(jié)合現(xiàn)場勘探情況，判定該土質(zhì)為濕陷性黃土。濕陷性黃土是一種十分特殊的土質(zhì)，俗稱大孔土，主要分布于我國陜甘寧等缺水少雨的干旱地區(qū)。屬砂壤土的范疇，砂壤土的粘土含量為12.50%～25%,壤土的粘土含量為25%～37.50%，而濕陷性黃土的顆粒組成中粘粒的含量為8%～26%，屬于砂壤土，但其性質(zhì)與砂壤土又有所不同：①在天然狀態(tài)下具有肉眼能看見的大孔隙，孔隙比一般大于1，并常有由于生物作用所形成的管狀孔隙，天然剖面呈豎直節(jié)理、顆粒粗，土質(zhì)干燥；②顏色在干燥時呈淡黃色，稍濕時呈黃色，濕潤時呈褐黃色；③土中含有石英、高嶺土成分、含鹽量大于0.30%，有時含有石灰質(zhì)結(jié)核；④吸水及透水性較強，塑性粘聚力差，水流沖刷易形成溝壑，不易粘結(jié)，土樣浸入水中后，很快崩解，同時有氣泡冒出水面；⑤在干燥狀態(tài)下，有較高的強度和較小的壓縮性，由于土質(zhì)豎直方向分布的小管道幾乎能保持豎立，邊坡遇水后，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞發(fā)生顯著的附加下沉，產(chǎn)生嚴重濕陷[4]。這種土質(zhì)的地基處理與其它土質(zhì)相比，施工難度大，進度慢，程度復(fù)雜，耗用時間長。

治療組術(shù)后1 d眼壓明顯低于對照組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),兩組患者術(shù)后3、7 d眼壓比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

1.3 原位測試分析

1.3.1 密度與含水量分析

本次檢測在兩個探井內(nèi)采用刻槽法從粉土層1.0～2.0m范圍內(nèi)取擊實樣2組，進行輕型擊實試驗，分析結(jié)果統(tǒng)計列于表1。根據(jù)現(xiàn)場1.0m、2.0m處擊實試驗、土工試驗數(shù)據(jù)和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，經(jīng)計算可得現(xiàn)場1.0m、2.0m處實際壓實系數(shù)分別為0.78、0.81。干密度與含水率曲線如圖3、圖4。

表1 擊實試驗統(tǒng)計表

1.3.2 承載力與變形參數(shù)

根據(jù)土工試驗統(tǒng)計成果及現(xiàn)場原位測試結(jié)果，依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011），并結(jié)合地區(qū)建筑經(jīng)驗[5]，綜合確定各擬建場地內(nèi)各層地基土的承載力特征值與壓縮變形指標分述如下。

2 取樣室內(nèi)分析

根據(jù)大綱的要求，對黏性土采取原狀土樣，主要通過探井采集樣品，輔以150mmx200mm黃土薄壁無襯取土器靜壓取樣，取樣質(zhì)量等級為Ⅰ級。

圖3 TJ3#干密度與含水率曲線

圖4 TJ4#干密度與含水率曲線

2.1 黃土主要物理力學(xué)性質(zhì)測試

本次勘察在①-2素填土層，②粉土層中采取原狀土樣進行室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)測試（詳見土工試驗成果表）,其主要物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計如表3、表4。

對主要工程特性做如下評價：天然含水量狀態(tài)下的壓縮系數(shù)a1-2=0.14～0.96MPa-1、平均0.42MPa-1，壓縮模量Es1-2=2.19～12.35MPa、平均5.87MPa。依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）第4.2.6條，素填土在自然含水量狀態(tài)下呈中-高壓縮性。

2.2 地基土腐蝕性分析

本次勘察在工程區(qū)域內(nèi)共在2個鉆孔內(nèi)取1件易溶鹽土樣進行室內(nèi)分析詳見（土樣分析報告單）：根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001，2009版），在環(huán)境類型為Ⅲ類的弱透水土層中，地基土對混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，其地基土腐蝕性評價詳如表5、表6。

2.3 地基土濕陷性分析

表2 承載力特征值及壓縮變形參數(shù)建議值

為評價場地地基土的濕陷性，采取原狀樣進行濕陷性試驗。試驗結(jié)果詳見附表，濕陷性土判定表見濕陷性評價計算表。各探井的濕陷量匯總結(jié)果如表7。

經(jīng)綜合分析，場地應(yīng)按自重濕陷性場地考慮，濕陷等級按Ⅱ級（中等）考慮。

3 沉降原因分析

濕陷性黃土受水浸濕后，在上覆土層自重應(yīng)力作用下發(fā)生濕陷。黃土濕陷的原因常由于管道漏水，地面積水，生產(chǎn)和生活用水等滲入地下，或由于降水量較大，灌溉渠和水庫的泄露或回水使地下水位上升等原因而引起。但受水浸濕只是濕陷發(fā)生所必須的外界條件，而黃土的結(jié)構(gòu)特征及物質(zhì)成分是產(chǎn)生濕陷性的內(nèi)在原因。

由黃土濕陷性機理得出該場地內(nèi)地面下沉主要原因可能有三：一是由于土體為濕陷性黃土，場地內(nèi)給排水管網(wǎng)漏水造成黃土濕陷而引起地面下沉；二是場地內(nèi)地表水排水不暢導(dǎo)致積水引起滲漏；三是場地內(nèi)防空洞頂板變形或發(fā)生位移造成的地面沉降。

首先，現(xiàn)場對自來水井、地下水井、排污井和管道進行排查，并未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，故排除自來水井、地下水井、排污井和管道滲入引起的地面沉降。

其次，經(jīng)過釬探，場地內(nèi)并無因防空洞塌陷引起的下沉，同時根據(jù)下沉形狀判斷，并非局部塌陷引起的下沉，故排除原因三。

另外，現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，TJ3#勘探點附近有一集水井，井內(nèi)一直存有積水。再由相關(guān)數(shù)據(jù)可知，各勘探點隨著深度加深，其含水率呈現(xiàn)先增加后減小趨勢，說明該場地的土質(zhì)情況是中間層濕潤，而頂層和底層含水量小，呈紡錘型。故推斷該場地沉降也不是由地下水引起的。再結(jié)合各勘探點的地面沉降量和含水率,各勘探點沉降量大?。篢J3＞TJ4＞TJ2＞TJ1；同一深度下土質(zhì)含水率：TJ3≈TJ2＞TJ4＞TJ1，由于TJ3挖到4m時成淤泥土而停止開挖，TJ2的含水率5m時含水率縮減到20%，因此可以判定隨著深度的增加TJ3的含水量較大。因此該場地下沉原因應(yīng)為地表水滲入導(dǎo)致的。

表3 素填土主要物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計表

表4 粉土（Q4al+pl）主要物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計表

表5 土對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價

表6 土對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕性評價

表7 場地濕陷量匯總表

取同一深度下的黃土，研究其含水率和壓縮系數(shù)。為方便對比，取4m深度的黃土進行對比分析。結(jié)果表明勘探點沉降量不同是由于土體壓縮度不同所致。各勘探點土的含水率、壓縮系數(shù)見圖5、圖6。圖7為各勘探點的沉降量。

最后，根據(jù)業(yè)主單位提供的資料，該場地的沉降在空間上有一定的連續(xù)性，在時間上有一定的持續(xù)性，2015年開始發(fā)生局部沉降，沉降幅度明顯。但最近一年沉降量幅度變小，基本無明顯變化，說明該場地濕陷性黃土趨于穩(wěn)定。

圖5 各勘探點土的含水率

圖6 各勘探點土的壓縮系數(shù)（MPa-1）

圖7 各勘探點處地面沉降量（cm）

結(jié)合以上情況以及現(xiàn)場勘探情況、濕陷情況、土質(zhì)含水量以及土層壓縮系數(shù)等指標，判定場地處集水井處發(fā)生地表水滲入，導(dǎo)致場地內(nèi)的濕陷性黃土發(fā)生不均勻沉降。

4 結(jié)論與建議

根據(jù)檢測，TJ3#勘探點地面沉降量為44.2cm，TJ2#勘探點地面沉降量為34.2cm，TJ2#勘探點地面沉降量為24.2cm，TJ1#勘探點地面沉降量為4.2cm,各勘探點沉降量大?。篢J3＞TJ4＞TJ2＞TJ1。其中場地以TJ3#勘探點為中心呈現(xiàn)漏斗狀。根據(jù)現(xiàn)場考察、計算濕陷量、壓縮系數(shù)和含水量等指標，該場地發(fā)生不均勻沉降的主要原因是由于場地沉降最嚴重處有一個集水井，且集水井滲漏導(dǎo)致附近土質(zhì)含水量最高（接近30%），引起場地內(nèi)的濕陷性黃土發(fā)生以該處為中心的漏斗狀沉降，因此該場地下沉原因應(yīng)為地表水滲入而引起。

根據(jù)對各勘探點的檢測發(fā)現(xiàn)，該場地的含水率基本在25%以上且濕陷的深度達到13m。場地周邊為幼兒園教學(xué)樓，考慮其安全性需要對該操場地基進行加固處理。

處理建議：1）采用灰土擠密樁：打入鋼套管，或振動沉管或爆擴等方法，在土中成樁孔，然后在孔中分層填入素土（或灰土）并夯實而成。在成孔和夯實過程中，原處于樁孔部位的土全部擠入周圍土層中，使距樁周一定距離內(nèi)的天然土得到擠密，從而消除樁間土的濕陷性并提高承載力[6-7]。2）對TJ3#勘探點附近的集水井重新進行防水處理，積極疏通引導(dǎo)水流，防止出現(xiàn)積水。同時，做好整個場地的排水、防水工作，防止發(fā)生濕陷而造成建筑物損壞。