某幼儿园操场地面局部沉降检测与处理

柴 宏 赵帅鹏 李锦铭 殷占忠

（1兰州理工大学土木工程学院，甘肃 兰州 730050；2宁夏建设工程质量安全监督总站，宁夏 银川 750001）

兰西幼儿园位于兰州市七里河区，面积约为1000平方米。园内有两栋教学楼，其中靠南侧的教学楼平面布置为L型，地上七层，框架结构；靠西侧教学楼平面布置为一字型，地上三层，框架结构。2015年，幼儿园院内靠西侧教学楼一侧地面出现局部下沉，下沉面积约有150平方米左右，沉降幅度较大，目测有裂缝产生。兰州理工大学接受委托对该幼儿园操场的地基进行检测并处理。

本次检测目的是在认真分析区域地质资料的基础上，针对场地沉降特征进行详勘找出沉降原因，其主要任务是：1）查明地面沉降的特征、成因、分布范围、发展趋势和危害程度，提出治理方案。2）查明地面局部沉降范围内黄土的类型、年代、成因、分布范围、工程特性，分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载能力，提出地基处理方案[1-2]。3）查明对场地有影响的地表水体的分布、水位、水深、水质、防渗措施、淤积物分布及地表水与地下水的水力联系等，分析地表水体对沉降造成的危害。4）查明地下水的埋藏条件，提供场地的地下水类型、勘察时水位、水质、岩土渗透系数、地下水位变化幅度等水文地质资料，分析地下水对地基的作用，提出地下水控制措施。5）判定地下水对场地的腐蚀性。6）分析工程周边环境与工程的相互影响，提出环境保护措施的建议。

1 地质勘探分析

1.1 工程钻探

本次工程勘察钻探严格按照勘察大纲的钻探技术要求及《工程地质钻探事前指导书》进行。钻探设备采用电动洛阳铲1台，由现场地质人员对各个钻孔的岩芯进行编录和拍照。钻探按设计要求采集了扰动卵石样、原状砂岩样和水质分析样，并进行了相关的原位测试工作。对勘探点编号按照勘察大纲的要求统一进行。勘探点布置按照《岩土工程勘察规范》GB50021-2001(2009年版)的有关规定[3]，并根据委托单位提供的地质资料等进行布置，分别钻孔4个，勘探点平面布置图如图1。勘探点标号为TJ1～4，TJ表示探井，直线表示观测路径。假定TJ1处地面高程为100.00，其他各勘察点均由此点引测。

场地在勘探深度范围内未发现地下水，可不考虑地下水对场地沉降的影响。

结合下沉区域地质勘探的钻孔情况，为查明防空洞大小、埋深及分布，还需在地面布置钎探点。同时判断是否是废弃防空洞顶板发生变形或位移造成地面沉降，为后续是否对防空洞进行加固处理提供依据。根据钎探孔检测结果，操场下没有防空洞，场地土质和勘探结果一致，图2钎探孔布置图。

图1 勘探点平面布置图

图2 钎探孔布置图

1.2 地质分析

根据现场检测资料，在勘探深度范围内，所揭露地层自上而下依次为：人工填土、粉土2个工程地质层，分述如下：

①-1层：杂填土（Q4ml）杂色，稍湿，稍密～湿。主要成分为粉土，夹杂砂砾、块石、碎砖块、煤渣、白灰等建筑、生活垃圾。该层层厚1.20～1.40m。

①-2层：素填土，灰褐色，稍密，稍湿～湿（局部2.2～4.0m段含水量较大，土质很湿，TJ3局部段饱和），主要成分为粉土，杂质成分较少，杂有少量的植物根系、杆经，偶见块石，湿陷性土，湿陷到底。该层层厚5.50～7.30m，层面埋深1.20～1.60m。

②层：粉土（Q4al+pl）黄褐色-灰褐色，稍湿-湿，稍密，场地内连续分布，该层上部含少量植物根系，土质不均匀，局部夹有粉质粘土薄层，摇振反应中等，无光泽反应，韧性低，干强度低，湿陷性土，湿陷性逐渐消失。层面埋深6.70～8.80m。

该场地位于兰州，其粉土颗粒占总重量约50%～70%，湿陷系数大于0.015，再结合现场勘探情况，判定该土质为湿陷性黄土。湿陷性黄土是一种十分特殊的土质，俗称大孔土，主要分布于我国陕甘宁等缺水少雨的干旱地区。属砂壤土的范畴，砂壤土的粘土含量为12.50%～25%,壤土的粘土含量为25%～37.50%，而湿陷性黄土的颗粒组成中粘粒的含量为8%～26%，属于砂壤土，但其性质与砂壤土又有所不同：①在天然状态下具有肉眼能看见的大孔隙，孔隙比一般大于1，并常有由于生物作用所形成的管状孔隙，天然剖面呈竖直节理、颗粒粗，土质干燥；②颜色在干燥时呈淡黄色，稍湿时呈黄色，湿润时呈褐黄色；③土中含有石英、高岭土成分、含盐量大于0.30%，有时含有石灰质结核；④吸水及透水性较强，塑性粘聚力差，水流冲刷易形成沟壑，不易粘结，土样浸入水中后，很快崩解，同时有气泡冒出水面；⑤在干燥状态下，有较高的强度和较小的压缩性，由于土质竖直方向分布的小管道几乎能保持竖立，边坡遇水后，土的结构迅速破坏发生显著的附加下沉，产生严重湿陷[4]。这种土质的地基处理与其它土质相比，施工难度大，进度慢，程度复杂，耗用时间长。

治疗组术后1 d眼压明显低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),两组患者术后3、7 d眼压比较差异无统计学意义(P>0.05)。

1.3 原位测试分析

1.3.1 密度与含水量分析

本次检测在两个探井内采用刻槽法从粉土层1.0～2.0m范围内取击实样2组，进行轻型击实试验，分析结果统计列于表1。根据现场1.0m、2.0m处击实试验、土工试验数据和《建筑地基基础设计规范》，经计算可得现场1.0m、2.0m处实际压实系数分别为0.78、0.81。干密度与含水率曲线如图3、图4。

表1 击实试验统计表

1.3.2 承载力与变形参数

根据土工试验统计成果及现场原位测试结果，依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），并结合地区建筑经验[5]，综合确定各拟建场地内各层地基土的承载力特征值与压缩变形指标分述如下。

2 取样室内分析

根据大纲的要求，对黏性土采取原状土样，主要通过探井采集样品，辅以150mmx200mm黄土薄壁无衬取土器静压取样，取样质量等级为Ⅰ级。

图3 TJ3#干密度与含水率曲线

图4 TJ4#干密度与含水率曲线

2.1 黄土主要物理力学性质测试

本次勘察在①-2素填土层，②粉土层中采取原状土样进行室内物理力学性质测试（详见土工试验成果表）,其主要物理力学性质统计如表3、表4。

对主要工程特性做如下评价：天然含水量状态下的压缩系数a1-2=0.14～0.96MPa-1、平均0.42MPa-1，压缩模量Es1-2=2.19～12.35MPa、平均5.87MPa。依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第4.2.6条，素填土在自然含水量状态下呈中-高压缩性。

2.2 地基土腐蚀性分析

本次勘察在工程区域内共在2个钻孔内取1件易溶盐土样进行室内分析详见（土样分析报告单）：根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009版），在环境类型为Ⅲ类的弱透水土层中，地基土对混凝土结构具有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，其地基土腐蚀性评价详如表5、表6。

2.3 地基土湿陷性分析

表2 承载力特征值及压缩变形参数建议值

为评价场地地基土的湿陷性，采取原状样进行湿陷性试验。试验结果详见附表，湿陷性土判定表见湿陷性评价计算表。各探井的湿陷量汇总结果如表7。

经综合分析，场地应按自重湿陷性场地考虑，湿陷等级按Ⅱ级（中等）考虑。

3 沉降原因分析

湿陷性黄土受水浸湿后，在上覆土层自重应力作用下发生湿陷。黄土湿陷的原因常由于管道漏水，地面积水，生产和生活用水等渗入地下，或由于降水量较大，灌溉渠和水库的泄露或回水使地下水位上升等原因而引起。但受水浸湿只是湿陷发生所必须的外界条件，而黄土的结构特征及物质成分是产生湿陷性的内在原因。

由黄土湿陷性机理得出该场地内地面下沉主要原因可能有三：一是由于土体为湿陷性黄土，场地内给排水管网漏水造成黄土湿陷而引起地面下沉；二是场地内地表水排水不畅导致积水引起渗漏；三是场地内防空洞顶板变形或发生位移造成的地面沉降。

首先，现场对自来水井、地下水井、排污井和管道进行排查，并未发现漏水现象，故排除自来水井、地下水井、排污井和管道渗入引起的地面沉降。

其次，经过钎探，场地内并无因防空洞塌陷引起的下沉，同时根据下沉形状判断，并非局部塌陷引起的下沉，故排除原因三。

另外，现场检测发现，TJ3#勘探点附近有一集水井，井内一直存有积水。再由相关数据可知，各勘探点随着深度加深，其含水率呈现先增加后减小趋势，说明该场地的土质情况是中间层湿润，而顶层和底层含水量小，呈纺锤型。故推断该场地沉降也不是由地下水引起的。再结合各勘探点的地面沉降量和含水率,各勘探点沉降量大小：TJ3＞TJ4＞TJ2＞TJ1；同一深度下土质含水率：TJ3≈TJ2＞TJ4＞TJ1，由于TJ3挖到4m时成淤泥土而停止开挖，TJ2的含水率5m时含水率缩减到20%，因此可以判定随着深度的增加TJ3的含水量较大。因此该场地下沉原因应为地表水渗入导致的。

表3 素填土主要物理力学性质统计表

表4 粉土（Q4al+pl）主要物理力学性质统计表

表5 土对混凝土结构的腐蚀性评价

表6 土对钢筋混凝土结构中的钢筋的腐蚀性评价

表7 场地湿陷量汇总表

取同一深度下的黄土，研究其含水率和压缩系数。为方便对比，取4m深度的黄土进行对比分析。结果表明勘探点沉降量不同是由于土体压缩度不同所致。各勘探点土的含水率、压缩系数见图5、图6。图7为各勘探点的沉降量。

最后，根据业主单位提供的资料，该场地的沉降在空间上有一定的连续性，在时间上有一定的持续性，2015年开始发生局部沉降，沉降幅度明显。但最近一年沉降量幅度变小，基本无明显变化，说明该场地湿陷性黄土趋于稳定。

图5 各勘探点土的含水率

图6 各勘探点土的压缩系数（MPa-1）

图7 各勘探点处地面沉降量（cm）

结合以上情况以及现场勘探情况、湿陷情况、土质含水量以及土层压缩系数等指标，判定场地处集水井处发生地表水渗入，导致场地内的湿陷性黄土发生不均匀沉降。

4 结论与建议

根据检测，TJ3#勘探点地面沉降量为44.2cm，TJ2#勘探点地面沉降量为34.2cm，TJ2#勘探点地面沉降量为24.2cm，TJ1#勘探点地面沉降量为4.2cm,各勘探点沉降量大小：TJ3＞TJ4＞TJ2＞TJ1。其中场地以TJ3#勘探点为中心呈现漏斗状。根据现场考察、计算湿陷量、压缩系数和含水量等指标，该场地发生不均匀沉降的主要原因是由于场地沉降最严重处有一个集水井，且集水井渗漏导致附近土质含水量最高（接近30%），引起场地内的湿陷性黄土发生以该处为中心的漏斗状沉降，因此该场地下沉原因应为地表水渗入而引起。

根据对各勘探点的检测发现，该场地的含水率基本在25%以上且湿陷的深度达到13m。场地周边为幼儿园教学楼，考虑其安全性需要对该操场地基进行加固处理。

处理建议：1）采用灰土挤密桩：打入钢套管，或振动沉管或爆扩等方法，在土中成桩孔，然后在孔中分层填入素土（或灰土）并夯实而成。在成孔和夯实过程中，原处于桩孔部位的土全部挤入周围土层中，使距桩周一定距离内的天然土得到挤密，从而消除桩间土的湿陷性并提高承载力[6-7]。2）对TJ3#勘探点附近的集水井重新进行防水处理，积极疏通引导水流，防止出现积水。同时，做好整个场地的排水、防水工作，防止发生湿陷而造成建筑物损坏。