區域濕陷性地質結構處理過程分析

劉 慶

（信息產業部電子綜合勘察研究院，陜西 西安 710001）

筆者本次研究的區域主要位于中國中部偏北部。海拔高度800m～3000m，東西走向長約為1000余千米，南北寬750km2，主要南北界為秦嶺以北，長城以南，東西界為太行山以西，青海省日月山以東，主要由山西、鄂爾多斯、隴中以及河套平原組成。面積63.5萬km2，其中原生區域達38.1萬km2，次生區域達25.4萬km2，區域地貌如圖1。

圖1 研究區地質圖

陸地上是黃色粉砂質土狀堆積物，廣泛分布于北半球中緯度干旱和半干旱地區，全球總面積約1300萬km2。我國地質發育過程多集中分布東起太行山，西到烏稍嶺，南自秦嶺，北達沙漠，分布總面積約64萬km2，中游地區最為發育，已知最大厚度336m。具有天然強度高，但浸水后存在濕陷性。從而，充分了解到該區域的工程地質特性對整體工程勘察具有非常重要的意義。

1 環境成因及分類

環境的成因，有許多不同的理論說話，歸納起來可以綜合性的將其認為：水成說、風成說、多因說以及土壤說等。同期異相的地層，成因不同，其工程性質往往有較大差別。我國地層主要是風積成因類型。

此區域南部和東部是一座荒山。該地區的天氣多為干燥而寒冷，并且改地區多以強風為主，風在地面上吹沙和灰塵，長期的風沙，經過數千萬年的積累，從數百米累積到數千米。由于非常寒冷的地質時期，大陸上吹干冷的西北風，因此大部分塵土和塵埃從西北向東南移動。當灰塵移動時，粗顆粒總是最先掉落。然后轉變成中小型沙塵顆粒傾倒下來，落入廣大地區的地質中。因此，形成了從西到東的地層結構。地層結構從粗到細，向西北方向變化，污物顆粒較大，而靠近東南部的土壤顆粒較小。幾千年來的風使湖底的淤泥越來越厚，在水面飛濺的感應力和重力作用下，沙粒堆積得更密，這為將來的黃土奠定了基礎。

最終，在大約800萬年后，湖水出現干枯現象，該層從地面升起，逐漸形成此時地貌的初期形象。如今，它已成為高原的地形，隨著湖干與高原的形成，氣候逐漸變冷，形成了當前的地理和生態環境。因此，不能說某個區域的形成僅由風或一次洪水引起。在特殊的地理條件和特殊條件下，是被自然形成被風和湖水緩慢覆蓋，由互動形成。

根據大多數科學家的研究，主要地質是第四紀冰河時期干燥和寒冷氣候中的風沙沉積，次要是通過沖積和沖積沉積對主要層的轉化。在第四紀地層積聚期間，隨著冰川期和冰間期的氣候循環，高原地區的地層表現為黃土和古土壤的交替。根據高原地層的古代土壤，可將其地層自下而上分為烏楚格黃土，荔枝康上，馬蘭黃土和全新世黃土。我國高原的形成期很長，整個第四紀地質時期都經過。地層按形成時代分為老黃土與新黃土兩種。

根據所研究高原的典型地質剖面，第十五層的下部為早更新世的黃城黃土。在古土壤的第一層和第十五層之間，有離石中生黃土。第一層是在更新世末期形成的馬蘭黃土。馬蘭黃土上部的黑虎土壤是全新世形成的古地層。

地層通常在盧潘山和呂梁山之間的厚度為150m～250m，通常在盧潘山以西100m以內。不同地層的厚度也不同：午城地層不是很厚，洛川黑木溝-58m，山西午城-17.5m。荔石河床是高原地質結構的主要地層，通常為100m～150m厚，在竟河和Lu河中游的厚度最大。馬蘭層非常普遍，通常厚10m～30m，在天水地區不到10m，在東直園9.6m，在洛川園約10m。全新世層通常為2m～3m厚，黑湖土壤層通常為1m～2m厚。

地質層結構是通過風和運輸在干旱和半干旱環境中積累的風成沉積物。經過長距離運輸和分類后，材料成分具有高度的均勻性。地層的粒度以粉粒為主，粒度為0.05mm～0.005mm，范圍為58%～75%。第二種是細砂，粒度>0.05mm，范圍從15%～32%。粒度為0<0.005mm的粘土約為10%。從西北到東南，儲集層的粒度具有逐漸縮小的特征，這是沙粒和黏土顆粒含量變化最明顯的部分。北部榆林附近的沙粒重量百分比超過30%，而延安南部的沙粒重量百分比減少至20%，咸陽和寶雞的沙粒重量百分比減少至10%。相比之下，榆林粘土僅占10%左右，延安地區增至13%～18%，咸陽和寶雞占23%～26%。因此，從西北到東南的地質結構研究，地層的大小可以將高原分為三個帶：沙土黃土，典型黃土和黏土黃土：北部的靜樂-北-德-自昌-黃縣-海源線金沙。黃土帶陽泉-秦縣-富山北-崇華-秦安-威遠-黏土黃土帶；兩條線之間-典型的黃土帶。

表1 濕陷地質結構地基常用的處理方法

2 地質結構的濕陷性

2.1 濕陷性

濕陷性地質結構是指在上覆土層自重應力作用下，或者在自重應力和附加應力共同作用下，因浸水后地質的總體結構破壞而發生顯著附加變形的地層，屬于特殊地層。地質結構的濕陷現象是一個復雜的地質、物理、化學過程，對其濕陷的原因和機理，被公認比較合理解釋濕陷現象的為欠壓密理論、溶鹽假說和結構學說。地質結構由于受水浸濕和荷載作用是濕陷發生的外因，其結構特征及物質成分是產生濕陷性的內在原因。濕陷性地質結構可以分為自重濕陷性地質結構和非自重濕陷性地質結構。

2.2 濕陷性地質結構一般特性

濕陷性地質結構具有與一般黏性地層和粉土地層不同的特性，主要有如下特性：

（1）大孔隙。

（2）在一定壓力作用下受水浸濕后，發生顯著附加下沉的現象。

（3）天然孔隙比e較大，土的孔隙比越大，濕陷性越強。

（4）顆粒組成以粉粒為主，常在60%以上。

（5）含有大量的可溶鹽。可溶鹽的含量與土的PH值有關，PH值愈大時，則地質結構的濕陷性愈強。

（6）天然含水量低，一般w為10%～20%，含水量低時，濕陷性強烈。

（7）塑性指數中偏低，多屬粉土地層或粉質黏土地層。

（8）飽和度低，濕陷性隨著飽和度的增大逐漸減小。

（9）當地質結構液限大于30%時，濕陷性較弱，且多為非自重濕陷性地質結構。當高原地層中液限低于30%時，則濕陷性較強烈。

2.3 濕陷性地質結構地基的一般處理措施

在可塌陷的地質基礎上建設項目時，有必要考慮由基礎塌陷引起的額外沉陷對項目造成的潛在損害，并選擇合適的基礎處理方法以避免或排除基礎塌陷或輕微塌陷危害。在處理可塌陷的地質結構危害基礎之后，其可壓縮性通常會降低，承載能力會增加。處理可折疊地質結構基礎的目的主要是通過消除地質結構的破壞來提高基礎的承載力。常見的土壤處理方法有土壤或石灰土墊層，土壤樁或石灰土樁，動態壓實法，重沖擊壓實法，樁基，預浸料水法等。所有基礎處理都必須適應當地條件，并在技術比較后合理選擇。對于II級以上的可塌陷地質結構的地基處理，例如使用土壤或石灰土進行填充墊層，土壤樁或石灰土樁，以及預浸樁基礎的方法，會產生不同程度的繁重工作量，過多的人工成本，較大的施工現場的雇用和工期。長期，昂貴和其他缺點。強夯法以其結構簡單、速度快、效果好、成本低等優點，在全國可拆卸巖土工程領域得到了廣泛的應用。

選擇地基處理方法，應根據建筑物的類別和濕陷性黃土的特性，綜合分析比較后確定。濕陷性地基常用的處理方法如表3，選擇其中一種或多種相結合的最佳處理方法。

3 結論

地質結構濕陷性是此次研究區域里最重要的特征，做好濕陷性勘察及處理對地質工程施工建筑安全至關重要。因而準確分析地質結構的濕陷性對工程建設意義重大。