◇寧夏水利水電勘測設計研究院有限公司 李 剛
寧夏南部地區(qū)黃土覆蓋層厚,面積大,分布厚度為20m~100 m。黃土大部分具濕陷性,為特殊性巖土。濕陷性黃土在上部載荷作用下,浸水后會產(chǎn)生較大的沉降量以及不均勻沉降量。一般情況下在2d左右就可以出現(xiàn)超過150mm~250mm以上的壓縮量。這樣大的沉降量會對建筑工程造成傾斜失穩(wěn)、表層開裂等破壞現(xiàn)象。因此,對濕陷性黃土場地建筑地基應有針對性的做好防固措施?;诖?,本文結合某水利工程項目實際情況,針對濕陷性黃土成因進行分析,并確定了寧夏南部濕陷性黃土的濕陷量、自重濕陷量,劃分了濕陷等級,并統(tǒng)計了濕陷系數(shù)隨深度的變化情況。針對濕陷性黃土制定了科學合理的地基處理措施。本次研究成果為工程設計和建設中采取行之有效的防護措施,抑制或減弱濕陷性黃土對工程的不利影響提供了依據(jù)。
本文選取《寧夏中南部飲水海原連通工程—新建2萬方蓄水池》項目為主要研究對象。調(diào)蓄水池最高控制水位1967.50 m,最大高差378.0 m,終端設計水位1933.00 m(3-3#高位蓄水池)。新增2萬m3蓄水池由兩座1萬m3蓄水池組成,池深5.0 m,長78m,寬度35m,為鋼筋混凝土蓄水池。
工作區(qū)位于海原縣城南側(cè),蓄水池位于黃土丘陵地貌單元,屬低中山區(qū),總體地形為東南高北西低。黃土覆蓋較厚。在河流發(fā)育的地段有較小規(guī)模的山間沖洪積平原及階地。高程在1910.0 m~1950.0 m左右,呈近N-S展布。
工作區(qū)處于西華山—南華山北東麓活動斷裂北東側(cè)。該斷層走向為北西-南東向,斷面傾向北東、南西,地貌上表現(xiàn)為弧形隆起的山脈與盆地的分界,控制著山脈的隆升和盆地的下沉,具有較強的左旋走滑運動,形成了水系、山脊、階地等的左旋位移。工作區(qū)形成了較厚的第四系沖洪積松散沉積物,區(qū)域穩(wěn)定性分級屬穩(wěn)定性較差地帶。
工作區(qū)內(nèi)主要有六盤山東麓斷裂、海原斷裂帶和三關口-牛首山-固原斷裂三條區(qū)域性活動斷裂。
圖1 工作區(qū)構造位置圖
工作區(qū)出露的地層有第四系上更新統(tǒng)(Q3m)馬蘭黃土:土黃色-淺褐黃色,硬塑-堅硬狀態(tài),垂直節(jié)理發(fā)育,可見大孔隙,表層黃土中含植物根系,具濕陷性,沖溝及落水洞較發(fā)育。主要分布在河道兩側(cè)山體上。
黃土(Q3m):勘探深度內(nèi)未揭穿,土黃色,稍濕,堅硬狀態(tài),垂直節(jié)理發(fā)育,具大孔隙,具濕陷性,含有灰白色鈣質(zhì)條紋及顆粒。
黃土濕陷性是指濕陷性黃土地基在受到上部建筑物載荷作用下浸水,經(jīng)過一系列物理化學變化,黃土顆粒之間的粘結強度降低,隨著含水量的增加,原有的土顆粒骨架失衡,出現(xiàn)塌落現(xiàn)象,地基承載力大幅度下降,致使地基產(chǎn)生較大的沉降變形。
該場地黃土濕陷厚度21.0 m~43.0 m。濕陷系數(shù)δs=0.004-0.083,濕陷程度為輕微-強烈。自重濕陷系數(shù)、濕陷系數(shù)隨深度的變化關系如下圖所示。
圖2
場地濕陷土層厚度21.0 m~43.0 m。計算濕陷量1700.4mm,自重濕陷量2179.2mm;屬Ⅳ級(很嚴重)自重濕陷場地,其濕陷量計算見表1。
表1
濕陷性黃土,再上部載荷作用下,浸水后會產(chǎn)生較大的沉降量以及不均勻沉降量。一般情況下在2d左右就可以出現(xiàn)超過150 mm~250 mm以上的壓縮量。這樣大的沉降量會對建筑工程造成傾斜失穩(wěn)、表層開裂等破壞現(xiàn)象。因此,對濕陷性黃土場地建筑地基應有針對性的做好防固措施。
濕陷性黃土層具有孔隙比大、干密度小、結構疏松、垂直節(jié)理發(fā)育等特性,為了保證建筑物在施工及工后運行過程中的質(zhì)量安全,施工時首先要確定建筑物基底壓力、基礎形式、尺寸以及基礎埋置深度,一般情況下,未進行處理的濕陷性黃土不能直接作為建筑物基礎的持力層。濕陷性黃土地基的處理方法應結合建筑物類別、形式、上部豎向荷載、水平荷載以及黃土濕陷量和濕陷等級綜合確定。處理后的黃土地基需同時滿足地基承載力和穩(wěn)定性的要求。濕陷性黃土地基處理措施主要有以下四種處理措施。
(1)墊層法。當建筑基底以下濕陷性黃土層厚度小于3.0 m時,可采用土、灰土和水泥土等材料換填?;彝翂|層中的消石灰與土的體積配合比應符合相關規(guī)范要求。墊層的壓實質(zhì)量應用壓實系數(shù)控制。
(2)強夯法。強夯法適用于處理地下水位以上、含水量10%~22%且平均含水量低于塑限含水量1%~3%的濕陷性黃土地基。夯實厚度、處理范圍及強夯能級應符合相關規(guī)范要求。
(3)擠密法。濕陷性黃土層厚度大,換填及強夯法處理不經(jīng)濟或不滿足技術要求時,宜采用擠密法處理。根據(jù)成孔工藝可分為擠土成孔擠密法預鉆孔夯擴擠密法??變?nèi)填料宜用素土、灰土或水泥土,可也采用混凝土或水泥粉煤灰碎石水拌制料等強度高的填料,不應使用粗顆粒填料。擠密地基宜在基底下設置0.30~0.60厚的墊層。
(4)預浸水法。預浸水法宜用于處理自重濕陷性黃土厚度較大,且濕陷量和自重濕陷量的計算值均較大的場地。綜合判定為Ⅲ級(嚴重)和Ⅳ級(很嚴重)自重濕陷性黃土場地應采用預浸水法處理。浸水前宜通過現(xiàn)場試坑浸水試驗確定浸水時間、耗水量和濕陷量等。
綜上所述,在我國西北部隴西、隴東、陜北等地的工程地質(zhì)問題中,濕陷性黃土作為一種特殊性巖土,其工程地質(zhì)問題尤為突出。本文結合寧夏南部地區(qū)濕陷性黃土室內(nèi)試驗數(shù)據(jù),綜合分析并闡述了該區(qū)濕陷性黃土的成因、濕陷性機理、濕陷量、自重濕陷量及濕陷等級。根據(jù)濕陷性黃土的危害程度提出了四種關于濕陷性黃土地基的處理措施。在工程實踐中,可運用以上幾種方法結合實際對諸多黃土濕陷性問題進行處理,在此類項目中起到引導性作用。