濕陷性黃土地區巖土工程勘察和地基處理要點

陳智科

（中國有色金屬工業西安勘察設計研究院有限公司，西安710054）

1 引言

濕陷性黃土廣泛分布于我國東北、華東、華中以及西北等地區，隨著我國“一帶一路”倡議的推進，在濕陷性黃土地區的道路、管道和房屋建筑等工程的數量快速增加，濕陷性黃土地基的病害更加突顯，嚴重威脅了這些工程項目的安全性和耐久性[1]。濕陷性黃土地基引發的工程危害會受到濕陷性黃土地層厚度、浸水量以及上部荷載大小等內外因素的影響，這對濕陷性黃土地區的巖土工程勘察和地基處理提出了更高的要求[2]。目前，在實際工程中，對于濕陷性黃土地基的勘察和處理仍存在大量勘察不明、處理不合理的情況，導致濕陷性黃土地基引發的工程病害頻發。因此，進一步探討濕陷性黃土地區的巖土工程勘察和地基處理要點，為濕陷性黃土地區的工程病害防治提供指導和建議，對濕陷性黃土地區的工程建設有重要意義。

2 濕陷性黃土地區地質特征及工程特性

我國濕陷性黃土主要分布于干旱、半干旱地區，最常見的濕陷性黃土為上更新統風積馬蘭黃土（Q3eol）和全新統風積黃土（Q4eol），均是典型的風成原生黃土。濕陷性黃土顆粒主要為粉粒，約占總質量的50%～70%，粒徑小于0.005 mm 的黏粒含量較少，一般不超過總質量的10%。此外，碳酸鹽、硫酸鹽等易溶鹽含量也較高。濕陷性黃土土質均勻、結構疏松、多孔隙，垂直節理非常發育，具有顯著的結構性。在低含水量的干燥條件下，濕陷性黃土的結構強度較高，壓縮性低。但隨著含水量的增加，濕陷性黃土結構強度降低，部分易溶鹽溶化，導致土層壓縮性急劇增大，從而表現出顯著的濕陷性，引起很大的附加沉降（見圖1）。

圖1 濕陷性黃土附加沉降

根據濕陷變形的產生是否需要外部附加荷載，可以將濕陷性黃土分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土2 類；根據濕陷性的大小，又可以將濕陷性黃土的濕陷性分為非濕陷性、輕微濕陷性、中等濕陷性和強濕陷性4 個等級。由于濕陷性黃土具有土質松散、孔隙多且連通性好、垂直節理發育等結構特征，濕陷性黃土的滲透性很強，并且垂直方向滲透系數通常是水平方向滲透系數的數倍，地表水極易浸入很深的地層中，引發深地層濕陷沉降變形。此外，濕陷性黃土具有很強的水敏性，隨著含水量的增加，強度快速降低，在飽和狀態下黏聚力的降幅一般可達50%～90%，而內摩擦角的降幅較小，一般為10%～30%。

綜上，濕陷性黃土是干旱、半干旱地區的一種特殊性質的土，具有顯著的濕陷性、很強的滲透性和水敏性，因此，濕陷性黃土地基的勘察和處理具有自己的要點和要求。

3 濕陷性黃土地區巖土工程勘察要點

濕陷性黃土地基的巖土工程勘察要緊密圍繞濕陷性、滲透性和強度等主要工程性質開展，以有針對性、有代表性和準確性為原則，采用工程測繪、勘探、取樣、現場原位測試、室內實驗等多種手段，準確、全面地測定濕陷性黃土地基的各類物理力學參數指標。

3.1 判斷黃土的成因

濕陷性黃土主要是由晚更新世風積形成的馬蘭黃土以及全新世風積形成的黃土組成，而其他更早年代形成的黃土，如中更新世黃土及其以前的離石黃土等，并不具備濕陷性或僅有輕微的濕陷性。因此，進行巖土工程勘察前，要做好濕陷性黃土地層時代與形成原因的分析和判斷，可有效提高后續勘察工作的效率和精準性。

3.2 確定勘探方案

濕陷性黃土地基勘探工作應注重2 點：（1）確定勘探點的位置。應根據濕陷性黃土地基場地的地貌特征，將勘探點布置在控制性地段，以有效查清地基場地范圍內各土層的空間變化規律，準確反映濕陷性黃土層在縱向、橫向的連續性和變化差異，探明地下水位的高度及分布。（2）確定探井深度。為了全面、準確地探明地層中所有濕陷性黃土層的分布情況和工程性質，一般要求探井深度應超過濕陷性黃土層厚度，如果濕陷性黃土地層過厚，可利用物理學取樣方法來確定濕陷性黃土層的下限埋深，從而提高勘探效率和質量[3]。

3.3 工程地質測繪要點

為保證濕陷性黃土巖土工程勘察工作的質量，工程地質測繪環節必須得到重視，勘察人員應測繪濕陷性場地的微地貌，分析微地貌的類型、展布情況及不良地質現象，研究地形變化歷史、地層巖性、結構和構造特征。此外，勘察人員還需要調查地下水位的季節性變化幅度、深度、升降趨勢及其與灌溉情況、地表水體的關系，地表水下滲和側向浸水性評估也需要得到重點關注。

3.4 明確取樣要點

黃土有很強的結構強度，在濕陷性黃土地區取樣時，應考慮樣本所具備的物理力學性質，合理布置取樣點。取樣時，勘察人員需要嚴格依照相關規范要求操作，在不影響土樣質量的前提下，借助薄壁取土器進行取樣，盡可能減少對所取原狀土樣的擾動，保證取樣質量和效率，為獲取有效試驗樣本和準確反映現場地基土的物理力學特性提供保障。

3.5 勘察試驗要點

勘察試驗要在嚴格遵循相關規范要求、真實反映工程實際條件的基礎上，對采集到的濕陷性黃土樣本進行室內土工試驗，準確測定各黃土層的濕陷系數、滲透系數、重度、天然含水量、天然孔隙比和強度指標等工程物理力學性質指標。根據現場實際天然工況和相關標準確定濕陷性黃土地基各黃土層的濕陷性等級，對濕陷類型以及濕陷等級進行劃分，確定地基承載力。需要注意的是，在對濕陷性黃土進行土工試驗時，應盡量減少土體擾動問題，保持土樣的完整性和結構性，得到具有代表性且準確的物理力學指標。

3.6 提升管理效率

在對濕陷性黃土進行巖土工程勘察的過程中，應結合其特征，制訂具備良好可行性的勘察方案，并且在不同的勘察階段，需要選擇不同的勘察方法，這樣才能保證巖土工程勘察工作高效完成，對濕陷性黃土進行科學的巖土工程勘察評價，給出合理的濕陷性黃土地基處理建議和基礎設計建議。同時，要做好試驗人員的培訓工作，使試驗人員的專業能力與綜合素質得到進一步提升，加強對勘察過程的監督管理，借助科學的評測方法和分析方法，保證巖土工程勘察的合理性和準確性。

4 濕陷性黃土地區的地基處理方法

黃土的濕陷性是黃土地區地基處理主要關注的問題，目前，淺層濕陷性黃土地基處理方法已較為成熟，但深厚濕陷性黃土地基處理方法尚未形成系統的方案。當前常用的濕陷性黃土地基處理方法有預浸水法、化學加固法、換填墊層法、強夯加固法等。

4.1 預浸水法

對于自重濕陷性黃土地基的處理，可以利用其本身的自重濕陷特征，在建筑工程施工前，做好地基的浸水處理，確保其能夠在自重作用下完成濕陷沉降變形，然后再進行建筑施工。一般來講，預浸水法能夠對土層厚度超過10 m、自重濕陷量超過50 cm 的濕陷性黃土地基進行處理，但這種方法適用于處理的黃土厚度小于6 m 的土層，因其自重壓力偏低，仍然具有一定的濕陷性，必須做進一步的處理才能確保地基的穩定性和承載能力。

4.2 化學加固法

化學加固法在濕陷性黃土地基處理方面的應用有2 種形式，均適用于地下水位以上的地基加固。（1）單液硅化加固法：需要向地基中加入水玻璃混合溶液，在自重濕陷性場地，溶液能夠通過預先設置的灌注孔滲透到地基土中；對于非自重濕陷性場地，則需要施加一定的壓力，將溶液壓入地基中；（2）堿液加固法：需要向地基中加入堿液，適用于非自重濕陷性黃土場地中已有建筑的地基加固。對比其他方法，化學加固法見效更快，工期更短，但是，成本相對較高，在滲透系數低的黃土地基中并不適用。

4.3 換填墊層法

換填墊層法簡單來講，是將濕陷性土層挖除，利用素土或灰土進行回填，配合分層夯實的方式來對地基進行加固。在進行換填的過程中，根據實際情況，可以選擇局部換填或整片換填，適用于地下水位以上的地基處理。在對地基進行加固前，必須確定最佳摻灰比例，一般情況下，石灰摻量比例約為6%。在石灰土換填完成后，地基強度可以得到顯著提升。但是，從實際施工角度來看，換填墊層加固法需要對大量土方進行開挖，工程量大且施工周期長，會對周邊環境造成一定影響。

4.4 強夯法

強夯法的基本原理是利用重型設備將夯錘提到一定的高度，然后自由落下，對地基進行反復夯擊，以達到加固地基的目的。強夯法適用于飽和度Sr＜60%的濕陷性黃土地基的局部或整片處理，一般可處理基底以下3～12 m 范圍內的地層。強夯過程會在地基土層內部產生很大的沖擊，提高地基土密實度，有效消除濕陷性黃土地基濕陷性，提高地基承載力；另外，可以利用大顆粒材料對夯坑進行回填，進一步實現強夯置換地基加固。但是，應用強夯法在施工過程中會產生很大的噪聲和振動，容易對周圍環境和已有建筑物造成負面影響，應做好相關評估和防護。

5 結語

綜上所述，在對濕陷性黃土地區進行巖土工程勘察時，應緊密結合濕陷性黃土的工程性質，判斷土層的性質和成因，做好勘察方案設計和取樣工作，嚴格遵循土工試驗測試要求，獲取準確、真實、具有代表性的地基土物理力學指標，為后續地基處理和基礎設計提供參考依據。在地基處理環節，應從濕陷性黃土實際工況出發，選擇恰當的處理方法，最大限度地消除地基的濕陷性，提升地基土的強度和穩定性，保障建筑工程施工質量和施工安全。