济南市湿陷性黄土的地基湿陷性评价及其处理方法

济南市湿陷性黄土的地基湿陷性评价及其处理方法摘要：本文简要阐明济南市黄土的分布特征及其湿陷机理和危害，通过对室内土工试验指标的应用，根据现行国家规范标准，针对岩土工程勘察过程中常遇到的问题，祥述了湿陷性黄土场地的地基湿陷性评价方法，并对其常用地基处理方法作了简要说明。关键词：湿陷性黄土；湿陷性评价；处理方法；湿陷等级黄土是一种特殊的第四纪大陆疏松堆积物。黄土按成因分为原生黄土（黄土）和次生黄土（黄土状土）。我国黄土堆积时代包括整个第四纪，面积达64万平方公里。目前，危害较大、研究较多的为湿陷性黄土，分布面积约27万平方公里。山东省济南市南部山麓广泛分布黄土，且多为湿陷性黄土，厚度几米至十几米，一般工业与民用建筑通常以处理过的该层黄土作为基础持力层。所以查明黄土地层的时代、成因、厚度、湿陷性、湿陷类型及湿陷等级，并据此建议合理的地基处理方法和基础方案及设计施工时应采取的防护措施，是黄土分布区岩土工程勘察中的首要任务之一。1黄土的分布及特征济南市位于山东省中部，是全省政治、经济、文化、科教中心。从大地构造来说，济南市地处华北地台（Ⅰ）、鲁西台背斜（Ⅱ）、鲁西隆断区（Ⅲ）、泰沂隆断束（Ⅳ）、泰山断块凸起（Ⅴ）北缘的下古生界盆地内，济南市北部是平坦的黄河冲积平原，属我国华北平原的东南边缘。由于南高北低的地势，从而形成了以兴济河为主的多条河流途径市区流入小清河。济南市属暖温带半干旱半湿润大陆性季风气候，黄土主要分在南部群山周围，即各个山谷、冲沟两侧及沟谷处的冲洪积扇和山前坡积地带，主要为经七路以南的广大地区及山前冲洪积扇地带，成因以坡积、冲积及洪积为主，其主要特征是：颜色呈褐黄—黄褐色；土质不甚均匀；粉粒含量较高；结构疏松，具大孔隙；垂直节理发育；富含钙质粉末；一般具湿陷性和高压缩性等。2黄土的湿陷机理及其危害2.1黄土湿陷机理黄土的湿陷机理国内外学者众说纷纭，如毛细管假说、盐溶假说、胶体不足说、水膜锲入说、欠压密理论和结构学说等，其中欠压密理论有较多的支持者。该假说认为黄土是在干旱和半干旱条件下形成的，在干燥少雨的条件下，由于蒸发量大，水分不断减少，盐类析出，胶体凝结，产生了加固粘聚力，在土湿度不很大的情况下，上覆土层不足以克服土中形成的加固粘聚力，因而形成欠压密状态，一旦受水浸湿，加固粘聚力消失，于是产生湿陷。2.2黄土湿陷危害黄土的湿陷性指黄土浸水后在外荷载或自重作用下发生下沉的现象。通常在自重压力和附加压力共同作用下产生湿陷的黄土称非自重湿陷性黄土，而仅在自重压力下就产生湿陷的黄土称自重湿陷性黄土。黄土的湿陷性与黄土的结构特征及胶体物质的水理特征等密切相关。黄土的湿陷性对工程建筑的危害极大，黄土的湿陷变形是由于地基被水浸湿所引起的一种附加变形，这种变形往往是随机的，任何时间任何地段都可能发生，而且变形的速率很大，并且不均匀，易造成地面塌陷，从而导致建筑物倾斜甚至产生裂缝等工程事故。因此，岩土工程勘察过程中，应对黄土的湿陷性及地基湿陷等级作出正确评价，并建议合理的地基处理方案和施工中应注意的问题，以减少工程隐患。3黄土湿陷试验3.1试验指标根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GBJ25—90）和《土工试验方法标准》（GB/T50123—1999），为了判定黄土的湿陷性，并通过计算湿陷量和自重湿陷量最终确定地基湿陷等级，目前常用的试验指标主要有：湿陷系数、自重湿陷系数、湿陷起始压力及溶滤变形系数等。湿陷系数（δs）指单位厚度土体在一定压力作用下变形稳定后饱和浸水所产生的附加湿陷下沉量。自重湿陷系数（δzs）指对应于土的饱和自重压力作用下的湿陷系数。湿陷起始压力（Psh）指黄土浸水发生湿陷所需要的最小压力。溶滤变形系数（δwt）指黄土在一定压力下及渗透水长期作用下，由于盐类溶滤及土体中孔隙继续被压密而产生的垂直变形。3.2试验方法黄土湿陷性指标的确定，目前国内外都采用单线法和双线法两种。单线法指切取5个环刀土样，分别对每个土样在天然湿度下分级加至不同的规定压力，等压缩稳定后测试土样高度，然后再加水浸湿，测下沉稳定后的高度，再利用公式计算各级压力下的湿陷系数，并绘制湿陷系数与压力关系曲线（如图1）。双线法指切取2个环刀土样，一个土样在天然湿度下分级加压至压缩稳定，并绘制压缩曲线。另一个土样在天然湿度下施加第一级压力后浸水，直至第一级压力下湿陷稳定后，再分级加压至试样在各级压力下浸水变形稳定为止，并绘制出压缩曲线，然后根据两线的差值求出湿陷系数与压力关系曲线（如图2）。图1单线法湿陷系数与压力关系曲线图2双线法湿陷系数与压力关系曲线4地基湿陷性评价4.1定性评价根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GBJ25—90），当湿陷系数δs小于0.015时，应定为非湿陷性黄土，当湿陷系数δs大于0.015时，应定为湿陷性黄土。测定湿陷系数的压力应自基础底面（初步勘察时，自地面下1.5m）算起，10m以内的土层应用200kPa，10m以下至非湿陷性土层顶面，应用其上覆土的饱和自重压力（当大于300kPa时，仍用300kPa）。特别的，当基底压力大于300kPa时，宜按实际压力测定的湿陷系数判定黄土的湿陷性。4.2湿陷类型划分湿陷性分为自重湿陷性和非自重湿陷性,当湿陷系数δs大于0.015时，应定为湿陷性黄土,当自重湿陷系数δzs大于0.015时，可以说黄土具自重湿陷性,但并不能说是自重湿陷性黄土场地,其划分应根据计算的自重湿陷量Δzs大小确定,当计算的自重湿陷量Δzs大于7cm时,判定为自重湿陷性黄土场地,当计算的自重湿陷量Δzs小于7cm时,仍判定为非自重湿陷性黄土场地。自重湿陷量Δzs按下式计算:Δzs=β0∑δzsihi式中:δzsi—第i层土的自重湿陷系数hi—第i层土的厚度（cm）β0—因土质地区而异的修正系数自重湿陷量Δzs的累计可自天然地面（当挖、填方的厚度和面积较大时，自设计地面）算起，至其下部全部湿陷性黄土层的底面为止，其中自重湿陷系数δzs小于0.015的土层不应累计。一般以探井数据为准，且取样间距宜为1.00m。4.3湿陷等级确定根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GBJ25—90），湿陷性黄土地基湿陷等级有四级，分级标准不仅考虑了黄土的自重湿陷量Δzs，而且利用了黄土的总湿陷量Δs，根据计算出的自重湿陷量Δzs和总湿陷量Δs，按下表1确定地基湿陷等级。表1地基湿陷等级分类总湿陷量Δs（cm）自重湿陷量Δzzs（cm）湿陷类型非自重湿陷性场场地自重湿陷性场地地Δs≤30Δzs≤7Ⅰ（轻微）7<Δzs≤35Ⅱ（中等）30<Δs≤660Δzs≤7Ⅱ（中等）7<Δzs≤35Ⅱ或ⅢΔzs>35Ⅲ（严重）Δs>607<Δzs≤35Ⅲ（严重）Δzs>35Ⅳ（很严重）注：1、当总湿陷量30cm<Δs≤50cm，计算自重湿陷量7cm<Δzs≤30cm时，可判为Ⅱ级。2、当总湿陷量Δs≥50cm，计算自重湿陷量Δzs≥30cm，可判为Ⅲ级。总湿陷量Δs按下式计算：Δs=∑βδsihi式中：δsi—第i层土的湿陷系数hi—第i层土的厚度（cm）β—考虑地基土的侧向挤出和浸水机率等因素的修正系数。基底下5m（或压缩层）深度内可取1.5；5m以下,在非自重湿陷性黄土场地可不计算，在自重湿陷性黄土场地可参照β0取值。总湿陷量应自基础底面（初步勘察时，自地面下1.5m）算起。在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下5m（或压缩层）深度止，在自重湿陷性黄土场地，对甲、乙类建筑，应按穿透湿陷性土层的取土勘探点，累计至非湿陷性土层顶面止，对丙、丁类建筑，当基底下湿陷性土层厚度大于10m时，其累计深度根据工程所在地区确定，其中湿陷系数δs小于0.015的土层不应累计。一般以探井数据为准，且取样间距宜为1.00m。4.4湿陷起始压力的应用湿陷起始压力对判定黄土是否具自重湿陷性有重要参考作用。一般情况下，在自重湿陷性黄土场地，其湿陷起始压力总是低于该土的饱和自重压力，在非自重湿陷性黄土场地，湿陷起始压力通常不小于该土的饱和自重压力。对湿陷性黄土场地来说，湿陷起始压力大小对基础设计及地基处理也有一定的指导作用。5地基处理方法5.1地基处理原则在湿陷性黄土场地进行建设,应根据湿陷性黄土的特点和工程要求，因地制宜,采取以地基处理为主的综合措施，防止地基沉陷，保证建筑物的安全和正常使用。湿陷性黄土地基的处理应符合下列要求：对甲类建筑应消除地基的全部湿陷量或穿透全部湿陷性土层；对乙、丙类建筑应消除地基的部分湿陷量；对丁类建筑可不作地基处理，但宜按土的不同湿陷性程度采取基本防水和适当的结构措施。各类建筑消除地基湿陷量的最小处理厚度应符合《湿陷性黄土地区建筑规范》（GBJ25—90）第4.1.3条、第4.1.4条、第4.1.5条等有关规定。设计与施工时应采取防雨、防冻措施，并应防止地面水流入已处理和未处理的基坑（或槽）内。5.2地基处理方法地基处理方法应根据建筑物的类别、湿陷性黄土的特性、施工条件和当地材料并经综合技术经济比较确定。5.2.1常用地基处理方法湿陷性黄土常用地基处理方法如下表2。表2地基处理方法名称适用范围一般可处理（或或穿透）基基底下的湿湿陷性土层层厚度（m）垫层法地下水位以上，局局部或整片片处理1～3夯实法强夯饱和度Sr<660%的湿陷性性黄土，局局部或整片片处理3～6重夯1～2挤密法地下水位以上，局局部或整片片处理5～15桩基础基础荷载大，有有可靠的持持力层≤30预浸水法Ⅲ、Ⅳ级自重湿陷性黄黄土场地，6m以上尚应应采用垫层层等方法处处理可消除地面下66m以下全部部土层的湿湿陷性单液硅法或碱液液加固法一般用于加固地地下水位以以上的已有有建筑物地地基≤10单液硅法法加固的最最大深度可可达20m5.2.2济南市湿陷性黄土场地常用地基处理方法济南市黄土主要由新近堆积黄土Q42和全新世早期黄土Q41构成，有的地方早期黄土Q41上覆少量新近堆积黄土Q42，由于新近堆积黄土与早期黄土的物理力学性质存在着一定的差异，所以，地基处理方法也有所区别。总的来说，济南市黄土区一般为非自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级Ⅰ级（轻微），根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GBJ25—90），济南市通常采用的地基处理方法有：换土垫层法、夯实法、桩基础、粉喷处理等，其适用范围如下：换土垫层法：地下水位以上的各湿陷等级的乙、丙类建筑，部分特殊要求的丁类建筑。夯实法：黄土饱和度小于60%，环境条件许可的乙、丙类建筑及有特殊要求的丁类建筑。桩基础：各种条件下的甲类建筑及有特殊要求的乙、丙类建筑。粉喷处理：一般适用于饱和黄土的地基处理。采用何种地基处理方法，要根据建筑物的荷载情况、场地环境条件、当地施工经验，并经经济技术分析比较后综合确定。6结束语湿陷性黄土属特殊性岩土，不经处理一般不能直接作基础持力层，以免造成工程事故。黄土分布区的岩土工程勘察工作，应严格按照《湿陷性黄土地区建筑规范》（GBJ25—90）有关规定执行，并宜布适量探井，以探井数据评价场地的地基湿陷等级。济南市南部山麓广泛分布黄土。一般情况下，场地的地基湿陷等级为Ⅰ级（轻微），属非自重湿陷性黄土场地。至于采用何种地基处理方法，要根据建筑物的荷载情况、场地环境条件、当地施工经验，并经经济技术分析比较后综合确定。参考文献[1]中华人民共和国国家标准.湿陷性黄土地区建筑规范(GBJ25-90)[S].中国建筑工业出版社.1991.[2]中华人民共和国国家标准.土工试验方法标准(GB/T50123-1999)[S].中国建筑工业出版社.1999.[3]中华人民共和国国家标准.岩土工程勘察规范(GB50021-2001)[S].中国建筑工业出版社.2002.[4]吴桂闽.土工试验概论[M].山东省土工试验培训教材.1999.9.[5]王汝秀.济南市区湿陷性黄土的分布及特征[C].2002年全国岩土工程测试技术交流会论文集.2002.11.TheAppraisalofLoessGroundandTheMethordofGroundTreatmentonLoessSiteofJinanCityAbstract：Thisarticleexplainthatthedistributecharacteristic,themethordofloessandtheharmofloessinJinaninbrief,bytheapplicationofthetargetfromsoiltest,accordingtothecodeandstandardineffect,inaccordancewiththeproblem