對新疆地區濕陷性黃土地基處理的探討

【摘 要】濕陷性黃土在新疆分布比較規律，主要分布在山前洪積扇中下部及山間洼地區，是新疆地區較常見的一種工程地質問題。根據筆者對北疆地區工程實踐對幾種常用地基處理方法的具體應用以及存在的問題進行了論述，對類似工程的設計具有指導意義。

【關鍵詞】濕陷性黃土；地基處理；灌注樁；預浸水

Discussion of the Xinjiang region of collapsible loess foundation treatment

Zhang Sen

(Kuitun agricultural seven divisions Investigation and Design Institute (Limited) Kuitun Xinjiang 833200)

【Abstract】The distribution of regular collapsible loess in Xinjiang， mainly depression in the alluvial fan in the lower mountain areas， is more common in the Xinjiang region of an engineering geological problems. The author discusses several common foundation approach， specific applications， as well as problems in the engineering practice of the northern Xinjiang， has guiding significance for the design of similar projects.

【Key words】Collapsible loess;Foundation treatment;Pile;Pre-soaking

1. 黃土分布及概述

黃土作為一種常見的工程地基，在世界各地分布很廣，面積達1 300萬Km2，約占地球陸地總面積的9.3％。中國黃土主要分布于北緯33°～47°之間，尤以34°～45°之間最為發育。總面積約為63.5萬Km2，占世界黃土分布的4.9％左右。濕陷性黃土在新疆分布比較規律，主要分布在山前洪積扇中下部及山間洼地區，最大厚度達30m。新疆地區濕陷性黃土分布區相對較小，但分布區人類活動較集中，對各類工程建設影響較大。

黃土按其成因分為原生黃土和次生黃土。一般將不具層理的風成黃土稱為原生黃土，原生黃土經過流水沖刷、搬遷重新沉積而成的為次生黃土，工程界統稱它們為黃土。次生黃土一般具有層理，較原生黃土結構強度要低。黃土在一定壓力（土自重或自重壓力和外壓力）作用下，受水浸濕后結構迅速破壞而發生的顯著下沉現象，稱之為濕陷。具有濕陷性的黃土稱為濕陷性黃土。濕陷性黃土又分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土。中國現行國家標準《濕陷性黃土地區建筑規范》GBJ25－90對濕陷性黃土從工程角度作了明確劃分，將濕陷系數δs≥0.015的黃土定義為濕陷性黃土，同時將實測或計算自重濕陷量大于7 cm的濕陷性黃土定義為自重濕陷性黃土，將實測或計算自重濕陷量小于或等于7 cm的濕陷性黃土定義為非自重濕陷性黃土，并將黃土的濕陷等級劃分為輕微（Ⅰ級）、中等（Ⅱ級）、嚴重（Ⅲ級）、很嚴重（Ⅳ級）4個級別，這里不再詳述。中國黃土按地質形成年代和工程特性基本劃分為下列4個地層。

（1）早更新世黃土。簡稱為Q1黃土，形成于距今70～120萬年之間。粉粒和粘粒含量比后期黃土要高，質地均勻，致密堅硬，低壓縮，無濕陷性。

（2）中更新世黃土。簡稱Q2黃土，形成于距今10～70萬年之間。同樣具有粉粒和粘粒含量比后期黃土要高，質地均勻，致密堅硬，低壓縮性的特點。但其最上部已表現出輕微濕陷性，是西北地區黃土地層的主體。

（3）晚更新世黃土。簡稱Q3黃土，形成于距今0.5～10萬年之間。質地均勻，但較疏松，肉眼可見大孔，具濕陷性或強烈濕陷性。

（4）全新世黃土。簡稱Q4黃土，形成于距今5千年內。一般土質疏松，肉眼可見大孔，具濕陷性或強烈濕陷性。

通常將早期和中期形成的Q1和Q2黃土統稱為老黃土，將其后形成的Q3和Q4黃土稱為新黃土，可以看出通常所說的濕陷性黃土指的就是新黃土。新疆區內分布黃土以非自重濕陷類為重，少量為自重濕陷類。

2. 濕陷性黃土地基處理的工程實例

中國工程界自解放以來隨著對濕陷性黃土的不斷認識，先后于1966年、1978年、1990年分別制定了《濕陷性黃土地區建筑規范》，簡稱為“66黃土規范”、“78黃土規范”以及 “90黃土規范”，現行規范修訂后為 “05黃土規范”，對濕陷性黃土地區的工程設計起到了規范和指導作用。筆者從事水利水電工程10多年來，先后參與了新疆濕陷性黃土地區的供水工程、灌溉工程、泵站及電站工程以及游泳池等工程的設計，多數工程已正常運行多年，期間也出現過一些問題，在這里摘錄點滴供大家交流和探討。

2.1 大直徑空心混凝土灌注樁在處理濕陷性黃土地基中的應用。

新疆兵團農七師奎屯河六級水電站是農七師“十一五”的重點水利工程之一，筆者參加了該水電站的勘測工作，。水電站的壓力前池地基就是深20.0 m的非自重濕陷性黃土，濕陷等級為Ⅱ級。對濕陷性地基的處理非常重要，前池重量為6400 t。其上游連接的是引水流量達35m3/s的渠道，下游銜接的是壓力管道，所以對前池的基礎處理是極為重要的，一旦前池沉陷，將直接影響下游人民生命財產及建筑物的安全。

工程地基處理過程中，對前池地基處理先后對可能采用的原土回填墊層、灰土擠密樁、碎石震沖樁、靜壓樁、混凝土灌注樁以及沉井等方案進行了逐一比較。根據處理段建筑物特性比較：回填墊層、灰土擠密樁和碎石震沖樁存在的問題是處理深度不夠和造價較高，就工程施工方案的可行性進行分析，最后通過了項目組推薦的混凝土灌注樁方案。為了降低造價提高單樁承載力，設計擬采用空心混凝土灌注樁外加端部擴頭來提高單樁的承載力，經過對不同樁徑的反復試算，最后采用了8根樁徑為2.0 m，壁厚0.3 m，樁端擴頭直徑3.6 m的空心混凝土灌注樁，樁深30 m，樁距6.0 m。負摩阻力系數取1.55 t／m2，正摩阻力系數取3.5 t／m2，樁端標準承載力21 t／m2，修正后為79.8 t／m2，單樁承載力812.4 t。當時查到的國內最大樁徑為1.6 m，該樁的樁徑已達到國內同類工程的最大樁徑。工程實施已近2a，一直運行正常。

2.2 農七師124團廉租房工程濕陷性黃土基礎的處理。

農七師124團高泉鎮廉租房工程其地基土為自重濕陷性黃土，厚度達20.5 m，自重濕陷等級為Ⅱ～Ⅲ級，濕陷評價為中等～嚴重。由于基礎濕陷等級較高，而且厚度很大，面又廣，經過多方比較，基礎處理方案定為采用預浸水處理消除基礎黃土的濕陷性。設計在建筑物周邊外放5～10 m范圍內布置了浸水畦塊，浸水坑深80 cm，然后在坑內用洛陽鏟挖浸水孔，孔徑8 cm，孔深23 m，孔距5.0 m，孔內填入碎石或砂礫石。浸水時，水深保持在淹沒浸水孔0.5 m以上。經過224 d的持續觀測（其中浸水觀測162 d，停水觀測62 d）?？觾韧Ｋ俺两盗繛?27.5～188.6 cm，平均167.7 cm，停水后沉降量為16.2～85.3 cm，平均167.7 cm。浸水前后累計平均沉降量為215.1 cm。單位面積耗水量33.6 t／m3。

浸水停止4個月后，在現場布置探坑3個，探坑深度13 m，在探坑深度范圍內每米取樣1件，進行室內常規土工試驗。探坑開挖后發現，13 m以下的土層仍呈飽和狀態，不能取樣。根據土工試驗結果，在飽和自重壓力下的自重濕陷性系數（δzs）均小于0.015，計算自重濕陷量△zs＝1.9 cm，小于7 cm。200 KPa壓力下的最大濕陷系數（δ）也小于0.015，計算總濕陷量△＝6.0 cm。說明基礎黃土的濕陷性已基本消除。

實際施工中存在的問題是浸水處理后的場地上層土層，仍呈中～高壓縮性，以中壓縮性為主，其承載力標準值為130～150 KPa。另外，預浸水后基礎土層含水量過高，接近于飽和狀態致使后續工作無法正常進行，這也正是預浸水處理的弊端。根據以往工程的經驗，預浸水處理耗時較長，一般停水后要1 a左右的時間才能使土層的含水量降低到最初狀態，因此在采用預浸水處理時一定要充分考慮工期問題。另外預浸水處理只能消除地表6 m以下土層的濕陷性，對于表層6 m范圍內的土層還具高壓縮性，應結合使用換填等其他辦法消除其高壓縮的外荷濕陷性。在該工程中施工單位最后對表層8 m范圍內的土層采用了水泥粉噴樁處理。

3. 濕陷性黃土地基處理的方法探討

中國在解放后對于濕陷性黃土地基處理的實踐已有幾十年了，具體方法也很多，但歸納起來其基本思路不外乎以下幾種：

（1）基本消除基礎已有土層的濕陷性；其常用方法有強夯、換土、擠密樁等。這是對于土層較薄（10m以內）時采用的辦法。當土層深厚時，常用辦法就是預浸水處理。這類辦法是通過工程措施，針對濕陷土層本身進行處理，改善其土壤結構和基本特性，以達到消除其濕陷性的目的。這種方法的缺點是對于深厚濕陷性黃土來說，耗時太長，往往影響工期。優點是施工方便，費用較低。

（2）使建筑物基礎穿透濕陷性黃土層，傳力于濕陷土層以下的持力土層上，達到躲過濕陷性黃土層的目的。常用方法就是樁基，尤以灌注樁為主。這種方法避過了濕陷性土層，使基礎傳力于濕陷土層以下的持力土層上，相對來說比較安全可靠，所以被廣泛應用于比較重要的獨立建筑物的基礎處理。缺點是投資費用較大。

（3）充分作好建筑物基礎的隔水層，使基礎濕陷性黃土地基無法浸水，以達到避免地基濕陷的目的。常用的隔水材料有灰土、油氈以及各種PVC和PE膜。這種方法常常用于對基礎承載力要求不高的設施，如游泳池、供水管床、渠道等。

另外，值得探討的是，對于大厚度濕陷性黃土是否一定要消除其濕陷性？筆者在工程實際中遇到過類似的問題。

在農七師124團廉租房工程勘測設計中，通過調查發現當地很多建筑物其基礎雖然較深，但并沒有對基礎作特殊處理，運行多年也未發現濕陷問題。過后通過調查分析發現，原因在于該地區常年降雨量很小，在 180～400 mm之間，而蒸發量卻達到1 800～2 200mm，蒸發量相當于降雨量的5～10倍，即便是發生大暴雨，雨水也無法浸透深厚的濕陷土層。這也就引起了思考，對于大厚度濕陷性黃土是否一定要徹底消除其濕陷性？筆者認為這個問題很值得研究，尤其在新疆山間洼地地區，因為該地區濕陷土層較厚，經常在20 m以上，完全消除這些土層的濕陷性或徹底穿透濕陷土層往往要花很大代價，所以對這一問題的深入研究具有直接的經濟效益，能夠大量節約工程投資，縮短工程工期。此時應對建筑物使用條件和所處的周邊環境作適當調查，具體問題具體分析，只要建筑物的基礎承載力滿足要求，外界來水又無法浸濕濕陷性地基時，完全可以考慮將建筑物基礎坐落于濕陷土層上。事實上，很多游泳池、輸水渠（管）道也就建在濕陷性土層上。對于基礎承載力要求較高的較大型的建筑物，當基礎埋深較大如箱基等，其地基承載力常常是可以滿足要求的，此時就可以考慮不消除其地基土層的濕陷性，只要作好隔隔水處理。這樣處理可以節約大量資金和工期，對于中小型深坑廠房很值得借鑒。

4. 結語

濕陷性黃土在新疆人類活動地區分布較廣，積累的工程經驗也比較豐富，以上僅是個人的一點體會和看法，提出來和大家探討。參考文獻

參考文獻

［1］ 錢鴻縉，王繼唐.濕陷性黃土地基［M］.北京：中國建筑工業出版社，1985.

［2］ 《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025－2004，建設部）.

［3］ 《新疆生產建設兵團農七師奎屯河六級水電站工程地質勘察報告》（奎屯農七師勘測設計研究院，2008.5）.

［4］ 《新疆生產建設兵團農七師124團廉租房工程地質勘察報告》（奎屯農七師勘測設計研究院，2008.8）.