總平面設計中常見不良地質土壤處理實例

□□郭麗榮，吳振華

總平面設計中常見不良地質土壤處理實例

Examples of Treating Common Adverse Geological Soils in the General Layout Design

□□郭麗榮，吳振華

近些年來在水泥廠總平面圖設計中，我們遇到一些諸如膨脹土、軟土、濕陷性黃土等不良地質土壤，對工程建設均有一定的影響。在處理道路、雨水管溝、擋土墻、護坡等設施時，施工方法和過程與常規的處理方法不同，需特殊考慮和采取不同的處理措施。現將水泥廠設計中常見的幾種不良土壤處理實例提供給大家，希望能共同探討。

1 膨脹土

膨脹土對工程建設有特殊危害，其細粒土中顆粒成分主要由強親水性礦物質組成，是具有吸水顯著膨脹、失水收縮和反復濕漲干縮變形的特殊粘性土。

膨脹土的變形破壞具有多次反復性。膨脹土吸水體積膨脹，使其上建構筑物隆起；失水體積收縮，造成土體開裂，并使其上建構筑物下沉。水泥廠總平面設計中，如對膨脹土不加處理或處理不當，常會出現擋土墻、邊坡風化剝落、坍塌和滑坡；道路路面縱向裂縫、濺漿冒泥、沉陷和鼓包；排水溝開裂等嚴重情況。由于膨脹土工程性質極端復雜，在總平面設計中，要充分考慮解決其穩定性的問題。

在華潤水泥（南寧）有限公司4000t/d水泥熟料新型干法生產線總平面設計中，遇到了膨脹土問題。該工程的《場地巖土工程勘察報告書》中指出：“勘察場地地處桂西，屬亞熱帶濕潤季風氣候，環境濕熱，分布的基巖為碳酸鹽類巖石，經風化形成的粘性土為紅粘土，并有不同程度的膨脹潛勢。場地內2、3、4層土均屬紅粘土。其中的自由膨脹率分別為20%、25.1%（20%～40%）。”“工程所在地區南寧雙定鎮，膨脹土地基大氣急劇影響深度為1.656m。”“根據現場地表調查結果，該紅粘土具有干縮性，現場地表裂隙具有不規則性，裂隙厚度一般在3～8mm，長度在4～5m之間。”

多年來，膨脹土的判別標準，各行業尚不統一。對于不同對象的膨脹土脹縮等級標準也有差異或側重的方面不同（表1、2）。

水泥廠總平面設計主要涉及道路、擋墻等方面，所以參照《公路路基設計規范》，此工程膨脹土屬弱膨脹土。

1.1 工程具體處理方案

1.1.1 土方工程的處理

土方工程中主要涉及的是場地土壤，而且面寬量大。在此工程中，如果處理得好，可以起到事半功倍的效果。

一般情況下，場地平整土方工程后，需擱置一段時間再進行單項工程施工，使地基濕度有一個平衡過程，其所需擱置的時間視挖方深度與土方量大小而定。一般是土方量越大，需要時間越長。

挖方邊坡或擋墻不要一次挖到設計線，沿邊坡或擋墻預留厚度30～50cm一層，待邊坡或擋墻施工時，再行處理。

填挖交界處2m范圍內，挖方地基表面上的土應挖成臺階、翻松，并檢查其含水量是否與填土含水量相同，同時采用適宜的壓實機具，將其壓實到規定的壓實度。

表1 《膨脹土地區建筑技術規范》(GBJ112-87)膨脹土脹縮等級標準

表2 《公路路基設計規范》(JTJ013-95)膨脹土脹縮等級標準

如有條件，可采用增加上覆壓力（如放置沙袋等措施）來減小膨脹量。

1.1.2 道路工程的處理

該工程粘土屬較弱膨脹土，對道路路基不需作特殊處理，但要做好防滲防水處理。道路結構型式采用普通混凝土面層，基層選用水泥穩定碎石，墊層選用碎（礫）石灰土。并在道路路面與雨水溝之間設置硬路肩，硬路肩的面層、基層厚度及材料與道路相同，防止雨水滲入道路基底，破壞道路結構。該工程受場地局限，硬路肩設為0.8m寬。

1.1.3 擋土墻、護坡的處理

（1）擋土墻的處理

擋土墻基礎位于粘土層上，屬于不均勻的中等壓縮性土。擋土墻埋深應大于本地區大氣急劇影響深度1.656m，距地面以下1.7m。

擋土墻墻后必須做好地面排水，地面不得有裂縫等不良現象，以免滲水影響墻體。

施工前要做好地面排水，保持基坑干躁。墻身砌出地面后，基坑必須及時回填夯實，并做成不小于5%的向外流水坡，以免積水下滲，影響墻體穩定。

墻后從墻底起40°范圍內應回填砂卵石類土或碎石類土。

在擋土墻墻趾、墻頂6m范圍內，采用三合土鋪筑50cm厚封閉土層，防止雨水滲入，破壞墻體。

（2）護坡的處理

根據勘察報告建議，結合當地實踐經驗，挖方地段采用1：1護坡，填方地段采用1：1.5護坡。

墻體材料采用漿砌片石護坡，是較安全的邊坡防護方式，但一定要做好排水設施。必要時加密泄水孔孔數。同時，應在邊坡頂設置截水溝，并且護坡坡頂至截水溝之間應封閉，不得讓雨水滲入。因漿砌片石護坡造型呆板，應配以爬壁藤綠化，以達到美化和實用的目標。

另外，對于擋土墻和護坡，業主必須配置專人負責，隨季節變化定期進行檢查維修，以便發現問題及時解決。

1.1.4 雨水排除的處理

排水溝宜淺而寬，不宜深而窄，宜明不宜暗。大型給排水管溝應設在場區邊緣；室外給排水管溝應遠離建筑物。

排水溝與擋土墻、護坡基礎之間設置寬度≥1.0m的平臺，以防滲水影響擋土墻、護坡基礎。

同時，將排水溝溝底地基下30cm進行換水泥石灰土（建議比例1:2:7）處理，有利于基礎穩定，防止排水溝變形漏水。

1.1.5 綠化工程

應種根淺、覆蓋面大的花草、攀藤植物及生長慢的樹；不可種根深、生長快的樹，尤其不能種桉樹。樹與建筑物的安全距離應≥6m為宜，而花草、攀藤植物與建筑物的安全距離不受限制。

1.2 工程總結

前述的各種專項工程處理方法，它們相互的施工順序必須按照一定的程序進行。施工程序為：先按場地平整、治坡要求，把多面坡的復雜場地變成單面坡的簡單場地，然后再按場地排水溝及排洪溝、通水電，護坡、擋土墻、道路、場地管溝、單項工程等的先后順序施工，確保場地排水通暢，邊坡穩定。

華潤水泥（南寧）有限公司4000t/d項目一期工程已經達標達產，今后將繼續跟蹤試驗，為膨脹土填筑改性處理提供更完善的實驗依據，同時不斷改進技術。

2 濕陷性黃土

黃土是第四紀的一種特殊堆積物。其主要特征為：顏色以黃色為主，有灰黃、褐黃等色，含有大量粉粒，一般在55%以上；具有肉眼可見的大孔隙，孔隙比在1左右；富含碳酸鈣成分及其結核；無層理，垂直節理發育；具有濕陷性和易溶蝕、易沖刷、各向異性等工程特性。

黃土浸水后在外荷載或土自重的作用下發生的下沉現象，稱為濕陷。黃土受水浸濕后在土的自重壓力下發生的濕陷，稱為自重濕陷性黃土；在自重壓力下浸濕不發生沉陷，但在附加壓力下發生沉陷，稱為非自重濕陷性黃土。黃土濕陷可造成管道斷裂、地基下沉、墻體開裂、房屋倒塌等事故。

在冀東海德堡（涇陽）水泥有限公司5000t/d新型干法水泥生產線、烏蘭水泥廠（2000t/d）等總平面設計中，均遇到了濕陷性黃土問題。冀東海德堡（涇陽）水泥有限公司，由西安建材地質工程勘察院提供的《河北冀東水泥（集團）股份有限公司涇陽王橋鎮廠址項目巖土工程勘察》報告，指出冀東水泥涇陽有限責任公司建設場地主要由第四系黃土狀粉質粘土、粉質粘土、卵石、中粗砂、卵、礫石組成，其中黃土狀粉質粘土具有一定的濕陷性。

《濕陷性黃土地區建筑規范》中對建筑工程地基濕陷性等級的評定方法，以黃土自重濕陷量和總濕陷量判定（表3）。

冀東海德堡（涇陽）水泥有限公司5000t/d新型干法水泥生產線根據工程地質勘察報告，場區為非自重濕陷性場地，地基土濕陷等級為I～II級，且區域分界不明顯。

2.1 工程具體處理方案

在非自重濕陷性黃土地基上，對Ⅰ級濕陷性黃土采用素土墊層處理地基。對于Ⅱ級濕陷性黃土采用3：7灰土墊層處理地基，處理厚度為1.0～1.5m，如處理厚度小于1.0m時，濕陷性仍要危及構筑物或管道安全。

2.1.1 道路工程的處理

道路路基采用普通壓實和沖擊夯實相結合的措施來加固地基。

路基在采用一般的壓路機壓實后，再采用25kJ沖擊壓實機進行補強。（1）填方路段路基沖擊碾壓要求:采用沖擊碾壓20～30遍。（2）挖方路段路基沖擊碾壓要求:采用沖擊碾壓40遍。（3）填挖交接頻繁及半填半挖地段路基沖擊碾壓要求:采用沖擊碾壓30遍。

表3 濕陷性黃土地基的濕陷等級

道路結構采用普通混凝土面層，厚24cm；基層選用水泥穩定碎石，厚20cm；墊層厚120cm。夯(壓)實應分層進行，分層厚度不大于15cm，按重型擊實標準的壓實度不小于95%。（1）在非自重濕陷性黃土Ⅰ級地段，采用素土墊層。素土墊層是先超挖去基層下的素土，然后回填素土分層夯實。素土墊層的土料一般以粘性土為宜，填土必須在無水的基坑中進行。夯(壓)實施工時，應使土的含水量接近于最佳含水量；（2）在非自重濕陷性黃土Ⅱ級地段，采用3：7灰土。

在道路路面與雨水溝之間設置硬路肩，硬路肩的面層、基層厚度及材料與道路相同，防止雨水滲入道路基地，破壞道路結構。硬路肩設為1.0m寬。

2.1.2 雨水排除的處理

預防濕陷性黃土產生濕陷性病害的主要措施是防水。因此設施完善的防、排水系統，最大限度地降低地基受水浸濕的可能性是防止黃土濕陷破壞的首選措施，也是最經濟的技術措施。

因此在可能情況下，盡量多地設置地表水排水設施，使雨水盡快有序地排出場地，這是一個較為有效的措施。

另外，排水溝溝底地基下50cm要進行處理，有利于基礎穩定，防止排水溝變形漏水。作法與道路墊層處理方法相同。

2.2 工程總結

在冀東海德堡（涇陽）水泥有限公司5000t/d新型干法水泥生產線、烏蘭水泥廠（2000t/d）這兩個項目均已正常生產，并得到驗證，工程處理較為安全妥當。

3 軟弱地基

我國交通部行業標準《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》將軟土定義為“濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土”。其鑒定標準為：（1）天然含水量≥35%或液限；（2）天然孔隙比≥1.0；（3）十字板剪切強度＜35kPa。

我國建設部頒布的《軟土地區工程地質勘察規范》規定，凡符合以下三項特征即為軟土：（1）外觀以灰色為主的細粘土；（2）天然含水量不小于液限；（3）天然孔隙比不小于1.0。

軟弱地基是一種不良地基。由于軟土具有強度較低、壓縮性較高和透水性很小等特性，因此在軟土地基上修建建筑物，必須重視地基的變形和穩定問題。在軟弱土地基上的建筑物往往會出現地基強度和變形不能滿足設計要求的問題，因而常常需要采取措施，處理地基。處理的目的是要提高軟弱地基的強度，保證地基的穩定，降低軟弱土的壓縮性，減少基礎的沉降和不均勻沉降。

軟弱地基的種類很多，按成因一般可分為人工填土類地基；海相、河流相和湖相沉積而成的含淤質粘土類地基；各種山前沖積、洪積相所形成的夾卵石、漂石的粘土類地基。復雜的成因造成了它們在物理力學性能上的復雜性，它們的共同特點是承載力低、壓縮性高。

軟土可造成路基的滑移、開裂，路面起伏不平，橋涵通道等人工構造物處的跳車顛簸等等危害。

在老撾水泥工業有限公司2500t/d生產線總平面設計中，由于洪水位要求，整個場地填高2.5m左右，形成人工填土類地基。同時，地質報告中指出，粘土為黃灰與黑灰色，硬塑～軟塑，底部不均勻地夾強風化白云巖、灰巖角礫。主要巖土參數：含水量25%～30%，孔隙比0.90～1.10，比 重 2.69～2.71，密 度 1.61～1.85g/cm3，液 限 28% ～44% ，塑 限11%～23%，壓縮模量3～4MPa，自由膨脹率52%～30%，標貫擊數5～12擊 ，承 載 力 基 本 值（f0）為 60～200kPa。土壤情況近似軟弱地基。

3.1 工程具體處理方案

3.1.1 道路工程的處理

（1）處理軟弱地基常用的方法在公路方面是排水固結，多用各種不同長度和間距的袋裝砂井（直徑7～10cm）或塑料排水板（寬10cm，厚4.5～6.0mm）與砂墊層（厚 30～80cm）相結合，雖然這些方法是普通的，但卻是有效的經濟的。

同時，為了加快固結而且可提高地基承載力，也可用直徑30～50cm或更小一些的砂樁或碎石樁，但造價比上述常用方法要增加至少3～5倍。

（2）輕質路堤：輕質路堤的作用是減輕路堤自重，減小或加速軟土沉降提高土體抗剪強度，同時它作為填料還有節約投資、減少占地等效益。

我國輕質路堤采用的材料一般是粉煤灰，國外也有用大塊型硬質泡沫塑料的。粉煤路堤有三種類型，即單一的、土和粉煤灰互層的和土砂及粉煤灰等混合的。

（3）其他輔助方法：土工布分有紡和無紡兩種，一般多用編織的，個別的也有兩種類型組合的，可以達到優勢互補，還有一種材料是塑料加勁格柵，實際上類似“柴排壓枝”的作用，這些材料可提高地基整體性，減少地基不均勻沉降，對防止滑移加快施工也有好處。此處還有淺層拌合和換填優質材料及拋石排淤等處理淺層軟土。

此工程采用換填優質材料（級配碎石）及拋石排淤的方法處理道路淺層的土壤，以提高地基強度。

3.1.2 雨水排除的處理

將排水溝溝底地基下50cm進行處理，防止排水溝變形。與道路墊層處理方法相同。

3.2 工程總結

老撾水泥廠現已竣工生產，工程處理結果較為理想。

4 凍土

凡溫度為負溫或零溫并含有冰的各類土均稱為凍土。在天然條件下，凍結狀態持續三年或三年以上的土層稱為多年凍土。冬季凍結，夏季全部融化的土層，稱為季節凍土。冬季凍結，一兩年內不融化的土層，稱為隔年凍土。對于道路工程，凍土易產生不均勻凍脹、翻漿、彈簧和熱融沉陷等病害。

在烏蘭水泥廠、西卓子山水泥廠、阿榮旗蒙西廠5000t/d水泥生產線、黑河5000t/d生產線總平面設計中，均遇到凍土問題。

4.1 工程具體處理方案

以阿榮旗蒙西廠5000t/d水泥生產線為例，廠區凍土深約2.4m。

4.1.1 道路工程的處理

按照規范，當地最小防凍層厚度要求為0.6～0.95m。因此在設計時道路結構采用普通混凝土面層；基層選用水泥穩定碎石；墊層選用當地常見的級配砂或砂礫等顆粒材料。在考慮投資和地下水較深的情況，道路結構層總厚度為78cm可滿足要求。

另外，道路分塊要盡可能滿足最佳長寬比，盡量做到正方形，避免出現較大不規則分塊。

4.1.2 豎向設計的處理

在擋土墻設計中，若為在巖石地基，擋土墻基礎埋置深度1.0m；非巖石地基，擋土墻墻高≥4m，基礎埋置深度2.5m；擋土墻墻高＜4m，基礎埋置深度1.5m。沉降伸縮縫每隔10m設置一道或適當加密。

4.2 工程總結

阿榮旗蒙西廠5000t/d水泥生產線工程現已竣工生產，工程處理結果安全可靠。

5 采空區

地下礦層大面積開采后，由于礦層上部巖層失去了支撐，平衡條件被破壞，以致巖層崩落、彎曲，引起地表下沉，形成凹地。采空區對工程造成極大的安全隱患，其破壞形式常有地基承載力不足，地表塌陷、開裂以致地基突然下沉，路基不均勻沉降，邊坡坍塌等危害。

在陽泉煤業（集團）新型干法水泥生產線技改工程（2500t/d）、河北金牛能源股份有限公司水泥廠技改工程（2500t/d）一、二期等總平面設計中，遇到煤礦采空區問題。

河北金牛能源股份有限公司水泥廠廠區位于煤礦的采空區上，該采空區北部煤層埋深較淺，約50m左右，南部最深達137m，采空時間1952年～1960年，隨后局部進行過殘采，殘采情況不明，有兩條輸煤巷道存在。水泥生產線為大型工業項目，其單體建構筑物最大重量達幾萬噸，對場地的適用性和穩定性要求較高。

5.1 工程處理方案

對采空區進行水泥灌漿充填是使用最多、最為有效的處理方法。在地面上打孔，通過注漿孔將漿液注入采空區，在采空區及上覆巖土層的裂隙中形成結石體，阻止上覆巖土層進一步塌陷冒落，穩定地基。此方法施工相對簡單，安全性高，施工工藝成熟，缺點為材料用量大，造價高。在工程中使用最多的是純水泥漿和水泥砂漿。

經過處理之后，場地穩定性及地基承載力有很大的提高。總平面設計中的各子項施工無需再作特殊處理，按常規設計即可。

5.2 工程總結

河北金牛能源股份有限公司水泥廠對廠區采空區采用水泥灌漿充填處理，在一、二期工程建設投產后，經廠方定期觀測，沉降較小，基礎較為穩定。屬于較為成功的經驗作法。

6 總結

上述幾種不良地質土質，前三種在總平面設計中時常遇到，且土性較為復雜，但處理措施和方法較多，應用也比較廣泛，積累的經驗較為豐富。而后兩種情況，不常遇到，目前所掌握的處理措施較少，積累的經驗數據不全，有待日后進一步研究和解決。

總結近年來工作經驗和工程實踐，深深感到作為一名設計人員，在水泥廠總平面設計中，針對復雜的工程地質情況應做到：

（1）各類土的地質情況要弄清楚，工程地質條件復雜，還應進行工程地質分區，以便按分區不同再區別地予以處理。在勘察設計時一定要取得準確的土壤工程指標數據，如地質工作做得不夠深，在施工時一旦發現，可作些補充勘察及勘探工作，對地質情況作進一步了解。

（2）設計方案要經濟合理切合當地實際情況，并在圖紙中明確要求施工時要嚴格遵守施工技術規范和操作規程，所用材料要保質保量，施工機械數量、規格、性能均要滿足要求。

（3）作好監理工作，觀測儀具事先要埋置好，及時進行監測和記錄。

樹立質量第一的思想，嚴格按照規范規程工作，就可以達到地質病害處理施工安全、優質的目的。

TQ172.8

A

1001-6171（2011）01-0032-04

2010-07-15； 編輯：呂 光