黄土湿陷事故处理分析

2020-03-30陈香凤徐建军

陇东学院学报 2020年2期

陈香凤，徐建军

(1.陇东学院土木工程学院，甘肃庆阳 745000；2.长庆油田采油二厂工程项目管理室,甘肃庆阳 745100)

我国黄土面积分布广泛，其中有3/4的黄土在浸水时结构发生破坏而产生湿陷变形，此类黄土称为湿陷性黄土。湿陷变形是一种失稳性变形，下沉量大、下沉速度快，对建筑物危害大。

1 因渗水致黄土湿陷事故简析

地下管沟渗水是黄土湿陷事故的主因，渗水使局部场地土含水量增大，在土层深度和宽度方向上产生不均匀增湿变形，从而引起黄土的湿陷事故。当已建建筑在使用期内发生地基或房心土浸水沉降时，必须抓住“浸水”这个主因，综合沉降的特点来选择合适的方法进行地基或房心加固处理，从根本上解决湿陷的问题，确保加固效果。

具体的加固处理措施可遵循下列原则[1]：

(1)首先通过查看场地土的地质勘查报告、现场考察、查阅工程档案等方式，了解地基土质、修建时对地基的处理措施、基础设计、施工质量及使用情况。

(2)弄清场地土湿陷的主因，有针对性地进行处理。查明是否存在上下水道跑水渗漏、暖气沟内灌水、地面水由散水等处渗入基础、地下水位上升等因素。

(3)若经查明得知引起湿陷的原因是管道渗水，则要及时断绝水源，避免地基或房心土继续浸水；若经查明得知引起湿陷的原因是地面水由暖气沟、散水等部位浸入，则必须先将这些部位处理好，隔断浸入的路径。

(4)掌握湿陷变形的发展情况。对建筑物进行沉降、裂缝观测，在一段时间后，如果不均匀沉降变形已基本稳定或趋于稳定，且情况又不严重时，只需断绝各种可能渗入场地土的水源，对建筑物受损部分进行修补加固即可。

(5)若建筑物沉降变形在短时间内无法稳定，则应根据场地地质条件、建筑物要求、施工工艺等因素，选用技术可行、安全可靠、经济合理的方法进行地基加固处理。

(6)在将下渗浸湿场地土的水源彻底整治后，湿陷性黄土浸水病害加固处理措施可根据实际情况选用以下方法[2]：

①因给排水管道破裂或雨水渗漏引起的湿陷，可选择膨胀材料顶升法、诱使沉降法或综合纠倾措施，以保证纠倾效果和建筑物的安全。

②若建筑物整体刚度良好，但地基软土层较厚、下沉量过大时，应采用顶升法或横向加载法。

③采用迫降法有可能造成室内净空减少、室内外管线标高改变，当这些现象不允许时，应选用顶升法。

④在处理因地基浸水而造成的建筑物倾斜问题时，可采用浸水诱使沉降法或掏土法处理，但要控制浸水量或者避免掏土时突然下沉。

2 工程案例

2.1 工程简介

西峰区某能源公司的一栋小高层办公楼位于西峰南郊，该建筑地基属陇东黄土塬地貌单元，湿陷程度从上到下由中等到轻微，湿陷等级为Ⅰ级，场地类别为Ⅱ类。该楼修建于2007年，根据《GB 50011-2001》规范附录A.0.25，西峰抗震设防烈度为6°，设计地震加速度为0.05g，第三组。地基土分布自上而下主要为：①黄土垫层，厚度为0.5m。②黄土状粉土，暗黄-褐黄色，分布均匀，区域湿陷系数δs=0～0.034，轻微湿陷，中压缩性，厚约6m左右。该层承载力特征值为100kpa。③黄土状粉土，褐黄色，非湿陷性土，中压缩性，层底埋深9.0-11.0m。该层承载力特征值为90kpa。④圆砾，杂色，稍密～中密，中等风化，该层承载力特征值为180kpa。该工程以第二层黄土状粉土为持力层，采用筏板基础，基础底板厚600mm，基底标高-4.2m，采用素土挤密桩预处理加挤土夯扩桩复合地基方案，既能满足承载力要求，又可消除地基土的湿陷性。房心回填土采用素黄土，素黄土上为1m厚三七灰土，填土进行了碾压夯实。

2.2 黄土湿陷状况

2012年春季发现首层地面局部凹陷，具体情况如下：

大厅：地板砖拆除后测量房心土下沉量为2-20cm不等，最大下沉量为20cm。用洛阳铲挖探土质含水量，挖至1.7m以下房心土含水量较大，为湿土。

库房：地板砖拆除后测量房心土下沉量为3-35cm不等，最大下沉量为35cm。用洛阳铲挖探土质含水量，挖至0.5m以下房心土含水量较大，为湿土。

配电室：地板砖拆除后测量房心土下沉量为5-25cm不等，最大下沉量为25cm。用洛阳铲挖探土质含水量，挖至2.0m以下房心土含水量较大，为湿土。

总控室：地板砖拆除后测量房心土下沉量为3-28cm不等，最大下沉量为28cm。用洛阳铲挖探土质含水量，挖至1.5m以下房心土含水量较大，为湿土。

表面明显房心土下沉的只有这4间房屋，但根据整体房心土下沉情况判断整栋楼首层房心土都有不同程度的下沉。

现场勘测情况如图1所示。

图1 房心土勘察实况

2.3 浸水原因查找

2.3.1 室内管线破漏查找情况：

一楼消防管线破损：消防管线闸门打开，提升管线内压力，发现一楼消防管线有明显破损，其中管道漏孔2处，室外进口PVC管线接头松动一处，室内楼梯口钢制管线破损一处。

消防管线运行时间太久，没有定时检修，管线破损严重，最大破损孔径达到1cm；进口管线为PVC管材，受温度变化热胀冷缩现象突出，且专用接头安装技术要求太高(热熔对接)，一般施工队伍没有专业器材进行对接；消防水长期属于戒备状态，房顶上60m3的消防水罐一直在补水，而管线一直在渗漏，且消防管沟为砖砌小管沟，长期渗漏的水并没有顺着管沟流入排水井，而是渗入沟底，延沟底一直扩散，造成大面积房心土吸水，导致下陷。消防管道破损情况如图2所示。

图2 消防管道破损情况

2.3.2 室外漏点查找情况

办公楼外东北角墙根区域：通过拆除室外散水，开挖散水下湿泥，发现地坪以下墙体上有贯穿室内外透水洞若干。

根据现场查探，整栋楼外地坪以下墙体存在大量这种透水洞，墙体为透水砖且未做防水处理，楼四周又有一圈草坪，长年累月雨、雪、草坪浇灌水通过透水洞透灌进室内，如图3所示。

图3 墙根透水洞

办公楼外东北角检查井区域：所有室内地沟及管线从此处通往室外检查井，但地坪为草坪，密封效果不好，且前期此处进户的给水管线破漏过多次，落水管线存在孔洞，导致大量的水通过地沟下方及透水洞和砖墙渗透入室内，如图4所示。

图4 给排水管线破损

楼层房间及管线布置情况如5图所示：

2.4 房心土下沉原因分析

通过对现场各种管线的勘察，得出该办公楼首层房心回填土下沉的原因主要有以下几点：

(1)开挖过程中发现房心回填土夯实度不能满足要求，以至于孔隙率太高，给水的浸透提供了条件。

图5 楼层房间及管线布置图

(2)消防管线运行时间太久，没有定时检修，管线破损严重，造成长期的大量的水渗入地下，造成房心土下陷，并延沟底扩散至整个楼层。

(3)室内采暖管线年年都有不同程度的破损和更换，且采暖管线外有保温层，破漏后很难被发现，导致采暖管线内大量水长期渗漏至房心土内。

(4)室外进户的给水管线破漏过多回，落水管线存在孔洞，导致大量的水通过地沟下方及透水洞和砖墙渗透入室内。

(5)整栋楼室外墙根没有做灰土隔水层，楼外地坪下墙体为普通砂浆罩面，未做防水处理，容易脱落，墙体上有很多的透水洞，楼四周又有草坪，长年累月雨、雪、草坪浇灌水通过透水洞透灌进室内。

2.5 事故处理

由于浸水造成的黄土湿陷仅限于房心部分，基础并未出现不均匀沉降，建筑物上部结构没有明显裂缝或倾斜，所以只要隔断水的浸入途径，并对湿陷黄土进行加固处理即可保证该办公楼的正常使用。

2.5.1 隔断水源

在找出浸水原因后，对破损的消防管线、落水管线进行更换或维修，对散水下墙根存在的孔洞进行填补，并对墙基进行全面的防水处理，以断绝各种可能渗入基础的水源，从源头上解决地基湿陷的问题。

2.5.2 房心土加固

根据实地调查，须对办公楼房心回填黄土进行湿陷性、压缩性和承载力三方面的加固补强，经过经济技术比较，选择灰土挤密桩进行加固处理。

灰土挤密桩是将按比例拌合的素土和熟石灰填入预先所成的孔中，然后将混合灰土分层夯填而成的桩型。成桩过程中桩周土被挤密，压缩性降低、干密度增加，改善了工程物理性质，湿陷性部分或全部消除，此外灰土挤密桩的工程造价较低，相比于其他的加固方法，具有非常显著的经济效益和社会效益。

(1)材料准备[3]

土料：采用有机质含量不超过5%的素黄土，过筛使用，要求粒径小于等于15mm。

石灰：选用优质新鲜的块灰，开袋后立即使用不可存放过久，且提前7d加水熟化。熟石灰用5mm筛子过筛，将未熟化完全的生石灰块和杂质筛除，石灰品质应达二级标准，主要成分(活性Ca+MgO)的含量不得低于60%。

机具设备：洛阳铲、灰土拌合设备、夯实锤。

石灰和素黄土按照2∶8的比例使用拌合机集中拌合，拌合要充分均匀无色差。为了保证有更好的干密度，灰土的含水量应为最优含水量(正负不超过2%)，所以边拌合边加水，以免加水过多而影响灰土夯实质量。夯实过程应分层进行，确保每一层灰土的夯实度，以达到挤密土体，消除湿陷性的效果。

(2)操作流程[3]

成孔：用洛阳铲成孔，孔径为400mm，深度达到筏板基础顶部，桩孔按梅花桩形排列。桩孔成型后为避免遭机具碾压缩孔，应及时夯填。若因操作不当造成碾压缩孔，必须二次成孔且达标后方可夯填。桩孔周边的扰动土壤应及时移开，以免掉落。

灰土拌和：首先对消解后的石灰和土分别过筛，然后按2∶8的比例拌合。灰土随伴随用，不可过夜。为保证施工质量，对灰土的灰剂量、含水量在每天施工前都要进行检测。

夯实：填料前，先夯实孔底以保证桩与桩周土传力可靠，然后将最优含水率的灰土分层夯填，每层厚度不超过500mm。材料从两个对称方向同时填入，确保填料均匀平整以避免桩体歪斜。用不低于3m的垂距至少夯击6次，待每层夯扩密实后方可夯填上一层，如此反复至设计标高为止。施工过程中按一定的频率检测桩体压实度完工后，亦应检测桩基挤密效果。

(3)施工注意问题[4]

严格执行现行标准、规范、规程。

1)夯击注意事项：夯锤均应对准桩中心，确保桩孔垂直，夯锤能平稳落入孔底，击实力度和次数应达到设计要求。

2)钻孔应按隔排跳打的顺序进行，打一孔填一孔，且必须当天回填夯实，以免被碾压破坏。若夯打太频繁土压力来不及消散有可能出现缩颈堵塞现象，对此可跳打夯实。

3)成孔深度达筏板顶部，填料前，先夯实孔底。夯填过程为随填随夯，对持力层范围内的密实度要严格把关，根据检测记录若密实度不够，可酌情增加锤击数。

4)桩孔用料要提前计算，避免材料不足或浪费。

5)设立专人专项负责制，各施工工序(成孔、回填、夯实)都要设专人严把质量关，随时做好施工记录，如发现影响正常施工的异象时应立即停止施工，待异象排除或妥善处理后方可继续施工。

6)按照不少于2%成桩数量的比例对灰土桩进行质量抽查，并做好相关记录，抽查内容为桩身压实系数、桩间土挤密系数。抽查时采用环刀取样法，减少对桩身及桩周土的扰动。若抽查质量有不合格者，需加桩补救。

2.6 事故处理效果

加固完工后，随机抽取三处灰土桩按照复合地基的要求进行单桩复合地基载荷试验检测，得出其承载力特征值为260kPa左右，表明该工程房心土的承载力有了显著提高，压缩性明显降低，湿陷性可望得到消除。该工程于2012年7月处理完工，至今未发生新的房心土下沉事故，说明隔断水源和房心土加固两项工作确实达到了预期的效果。