湿陷性黄土场地地质灾害危险性评估探析

2011-10-26赵铁峰

中国科技信息 2011年7期

关键词：陷性垫层黄土

赵铁峰

河南省有色金属地质矿产局第二地质大队 450016

湿陷性黄土场地地质灾害危险性评估探析

赵铁峰

河南省有色金属地质矿产局第二地质大队 450016

河南西部是我国湿陷性黄土分布的主要地区之一，黄土总厚度约0～94m，湿陷性黄土厚度约0～10m，豫西黄土堆积从第四纪中更新世开始，直到全新世都有堆积。(1)全新世黄土(Q4eol)：褐灰色亚砂土，土壤结构清晰的现代耕作层和全新世古土壤(S0)，厚度小于1.0m。(2)晚更新世马兰组黄土(Q3

eol)：包括1层黄土(L1)和1层红褐色古土壤(S1)，黄土厚度小于10m，土质疏松多孑L，古土壤厚度0.4～1.0m。(3)中更新世离石组黄土(Q2eol)：平行整合于马兰黄土之下，厚度34.91～70.0m，其中含7层红褐色古土壤(s2 ～S8)，层序清晰完整，第五层古土壤(S )由密集的三个单层合成(红三条)，土壤结构清晰，各土层下均有含钙结核(层)。

湿陷性黄土；评估；防治

1.黄土的物理力学性质

不同时期、不同地带黄土堆积环境、地理、地质和气候条件的不同，导致黄土在厚度、物理、力学性质等方面都有明显的差异，如豫西黄土的湿陷性具有从塬区到高阶地再到低阶地逐渐减弱的规律；从老到新呈现逐渐、增强的趋势。豫西黄土主要分布在黄河南岸，一般为非自重湿陷性黄土，粉粒含量较高，湿陷敏感性弱，湿陷量不大。但在黄土厚度较厚的地方分布有自重湿陷性黄土性与区内中心城镇的工程建设关系密切。黄土的物理力学性质见表1。

湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔隙和垂直节理，在天然湿度F，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，上的强度显著降低，在附加压力或在附加压力与上的白蘑压力下引起的湿陷变形，是一种F沉量大、下沉速度快的失稳性变形，对建筑物危害性大。采用挤密桩法用于处理湿陷性黄土地基“J”，可有效地消除土的湿陷性和提高地基承载力。钻孔挤密桩（21复合地基）又称钻孔夯扩挤密复合桩、孔内深层强夯(DDC工法)HJ，是对所需处理的地基预钻孔，然后向孔内投料，再用特制重锤在孔内夯实，使填料侧向挤压，从侧向挤密上或将填料侧向挤入(掺入与置换)土层中。本文主要针对某拟建电厂工程的湿陷性黄土地基开展的现场原体试验，重点进行了自然工况和浸水工况下的试验研究，对地基处理效果进行了综合评价。

2.湿陷性黄土地基治理

勘察成果(岩土工程勘察报告)，除了对场地进行工程性质评价外，还应在报告中提出供设计人员选择的经济合理、安全可靠、技术可行的地基处理措施和地基基础方案，同时提供相应的地基设计参数。目前，豫西地区所采取的地基处理方法较多，常用的主要有垫层、重锤夯、强夯、灰土桩、土桩、碎石桩等，近些年来桩、墩基础也越来越多，从勘察、设计、施工、检验都取得了较好的地区经验。湿陷性黄土地基处理的要求，在国标《规范》GB50025—2004中对各类建筑(甲、乙、丙、丁)有详细的规定。豫西建筑地基一般属I级非自重湿陷性黄土地基，《规范》中规定，I级湿陷性黄土地基上的丙类单层建筑可不处理地基，但我们认为应采取结构措施和基本防水措施。据洛阳市已建建筑物调查情况，凡是未做地基处理的，不管是否采取了结构措施和基本防水措施，大部分建筑物不同程度地出了问题。如洛阳市五十、六十年代的房屋建筑大部分都开裂变形，尤其在新近堆积黄土状土地基上的房子长高比大于3的百分之九十以上开裂，长高比小于3大于2.5的大都有开裂(砖混结构)。八十年代以前的丙类建筑(洛阳市)大部分没做地基处理，现在大部分都发生了开裂变形。另据机械四院资料介绍，该院1963年所建房屋，属I级非自重湿陷性黄土地基，地基采用灰土垫层处理，1976年以前全部完好，而后都相继产生了不同程度的开裂。究其原因，主要是基本防水措施在设计、施工中存在问题，或因年久失修，如下水管道破漏，造成地基浸水，建筑物产生不均匀沉降，致使建筑物开裂。因此，根据地区经验，在I级湿陷性黄土地基上的丙类建筑地基也需要处理，尤其是新近堆积黄土地基更需处理，以免建筑物遭受变形破坏。本地区常用的地基处理方法简述如下：

(1)垫层法：在本地区丙类建筑物中常用，孟津县约90% 以上的多层建筑物都采用垫层法处理，很好保证了建筑物安全。在黄土规范中对垫层法做了详细的规定，分为局部垫层和整体垫层，根据施工经验，当采用局部垫层处理时，在有上、下水道的地方垫层(灰土等)要厚一些，一般不小于30em，最厚1.5～2.5m。有时为了提高地基承载力，调整地基不均性，设置较厚的整片垫层，如洛铜小区商住楼，洛财7层商住楼，及上阳宫小区商住楼均采用整片厚垫层法处理，效果很好。

(2)挤密桩法：本地区一般采用沉管挤密法，可分为碎石挤密桩法和灰土(素土)挤密桩法，在洛阳市、洛宁县、偃师市等地广泛应用，除用于乙、丙类建筑外，还用于甲类建筑，这种方法不仅可消除较厚的湿陷性土层的湿陷性，又可提高桩间土的承载力，本地区桩长3～5m，桩位布置按规范要求执行。在勘察工作中，应考虑若有可能采用挤密桩处理，就应对需处理的土层做击实试验，提供最大干容重作为设计依据。

(3)掏土成孔桩法：此种方法没有挤密作用，主要目的是为提高地基承载力，在丙类建筑中应用越来越广，尤其是在饱和黄土或高湿度黄土地基中广泛应用，如洛阳、偃师、巩义等地，其布桩方案形式多样，以桩土置换率m来控制。这种复合地基的成败与否关键在于回填夯实的质量，灰土回填压实系数，各部门规范有不同规定。多年来研究认为，本地区一般压实系数应为0.93～0.96(探井大环刀取样测定)，值得重视的是在灰土桩之上，必须做灰土垫层，以减少桩土应力比，充分发挥桩间土的作用。设计和施工中还应特别注意严格执行操作程度，保证施工质量。

(4)强夯法：近年来，强夯法在处理位于地下水位以上湿陷性场地的各类建筑物中广泛应用，如洛阳、孟津、偃师、新安等地多次使用，效果良好，首阳山电厂在灰坝地基处理中采用强夯法，取得了很满意的效果，至今坝基安全稳定。

(5)桩基础处理法：灌柱桩在本地区广泛应用于乙、丙类建筑中，值得注意桩的摩阻力应按饱和状态取值，在高孔隙比的黄土中，地基浸水后摩阻力很低。桩底端应支撑在压缩性较低的非湿陷性土层或基岩中。也应注意桩径的设计，尽量选用桩径较小，桩长较短，入土深度较浅的布桩方案。对于甲类建筑一般用下伏的稳定的砂卵石作为持力层。巩义市某厂场地属I级非自重湿陷性黄土，厚度1.5—9.0m，为不均匀地基，按条形基础验算，地基强度能满足上部荷载要求，但因持力层强度及压缩性相差较大，采用天然地基时必须采取措施控制差异沉降，最终选用人工成孔灌柱桩(嵌岩桩)，经过多年运行，安全稳定，建筑物运行正常。

(6)扩大墩法：大直径扩底墩作为一种基础形式，墩身直径大于0.65m，采用人工开挖或机械成孔，具有施工简便，承载力高的特点。多用于工业厂房、多层住宅、8～l0层写字楼等建筑物，扩底墩的持力层必须是承载力较高，并有一定厚度的密实土层，其厚度不应小于扩底直径的1.5～2.0倍，且在扩底施工中有足够的稳定性。一般选择十几米深的古土壤层作为墩的持力层，其入土深度对黏性土和砂类土不小于1.5m，砂卵石层不小于0.5m。在勘察时应对持力层作400～500kPa压力下湿陷性试验，无湿陷性时方可作为持力层。此外，由于单墩的承载力高，必须严格保证墩的施工质量，一旦发生质量问题，承载力达不到设计要求或留下施工隐患，将产生难以处理的后果。

(7)喷粉桩：喷粉桩地基是近几年来才广泛用于地基处理，用来消除地基的湿陷性和提高地基的承载力。本区所用喷粉桩是用水泥浆作为固结剂(水泥搅拌桩)，通过深层搅拌机在地基一定深度内钻进、搅拌，使水泥浆和土层充分拌和，凝结形成桩体，达到提高地基强度的目的。亦以置换率来控制(在设计施工前注意做土样和水泥的掺和比室内试验及现场成桩试验)。喷粉桩加固地基具有效益高、成本低、施工场地小、无环境污染等优点，因而在地基处理应用中必将愈来愈广泛。

3.地形地貌

评估区位于黄河三级阶地前缘，地势北高南低，东高西低，微向黄河倾斜，自然地面标高为364.21～385.49m，最大高差为21.28m。2006 年，三门峡市土地开发中心在三门峡市甘棠路西开展土地开发整理项目，由于人工削坡，形成了陡立的黄土边坡。边坡坡长约100m，坡宽约20～50m，坡高约13.2～20.9m，坡向分别为90°和140°，坡度近90°，边坡北侧部分有二级平台，平台高约6～10m，宽约0.5～1m。边坡中部有数十处人为开挖的窑洞，距离地面约6m，窑洞深度有约3～10m，由于削坡，大部分已被黄土半充填。

4.地层

评估区地处黄河三级阶地前缘，边坡出露地层主要为第四系上更新统（Q3eol）黄土状粉土、黄土状粉质黏土及中更新统（Q2eol）黄土状粉土、黄土状粉质黏土。

5. 地质构造及区域地壳稳定性

三门峡盆地断裂构造主要有北东向和北西向两组，多为高角度正断层，其中温塘—会兴断裂为主干断裂，走向NE48°，倾向NW，倾角55～70°，NW 盘下降，SE 盘上升，为一正断层，断距达3000m以上。李家凹断裂走向近东西，断面北倾，为控制三门峡盆地南界的主干断裂。据三门峡市地震局资料，三门峡市及邻近地区历史上曾出现过里氏6 级以上地震，公元413～1998 年，先后发生过大小地震103次，造成破坏程度的有31 次。根据国家质量技术监督局发布的GB18306—2001《中国地震动参数区划图》，本区地震动峰值加速度0.15g，地震基本烈度属Ⅶ度区，区域地壳较稳定，应注意抗震设防。

6. 边坡塌滑区范围估算

依据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002），边坡塌滑区范围可按下式估算：

L=H/tgΘ

L—边坡坡顶滑塌区边缘至坡底边缘的水平投影距离（m）；

H—边坡的高度（m）；

Θ—边坡的破裂角，Θ=45°+Φ/2;

Φ—土体的内摩擦角。

分别对边坡范围内选取七个点进行计算，根据边坡的工程地质条件，内摩擦角Φ 取经验值=25.9°，得出tgΘ=1.60，H=13.16～20.92m。得出边坡塌滑范围为L=8.23～13.08m。

7. 结论与防治措施

7.1 结论

（1）三门峡市甘棠路西棉纺厂家属院东侧边坡位于黄河三级阶地前缘，岩性主要为第四系中更新统及上更新统黄土状粉土、粉质黏土，黄土具湿陷性。边坡长约100m，宽约20～50m，高约13.2～20.9m，坡向90°和140°，坡度近90°，影响该边坡稳定性的因素主要有地质、降雨和人为因素。目前边坡前缘顶部有小裂缝，坡体排水系统受损，据此判定边坡处于不稳定状态。

（2）现状条件下，评估区内未发现滑坡、泥石流、地面塌陷及地面沉降等地质灾害。评估区内存在崩塌、地裂缝地质灾害，其中崩塌的危险性中等，地裂缝的危险性小。