宁夏南部黄土湿陷性分析及处理措施应用

◇宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司 李 刚

宁夏南部地区黄土覆盖层厚，面积大，分布厚度为20m～100 m。黄土大部分具湿陷性，为特殊性岩土。湿陷性黄土在上部载荷作用下，浸水后会产生较大的沉降量以及不均匀沉降量。一般情况下在2d左右就可以出现超过150mm～250mm以上的压缩量。这样大的沉降量会对建筑工程造成倾斜失稳、表层开裂等破坏现象。因此，对湿陷性黄土场地建筑地基应有针对性的做好防固措施。基于此，本文结合某水利工程项目实际情况，针对湿陷性黄土成因进行分析，并确定了宁夏南部湿陷性黄土的湿陷量、自重湿陷量，划分了湿陷等级，并统计了湿陷系数随深度的变化情况。针对湿陷性黄土制定了科学合理的地基处理措施。本次研究成果为工程设计和建设中采取行之有效的防护措施，抑制或减弱湿陷性黄土对工程的不利影响提供了依据。

1 工程概况

本文选取《宁夏中南部饮水海原连通工程—新建2万方蓄水池》项目为主要研究对象。调蓄水池最高控制水位1967.50 m，最大高差378.0 m，终端设计水位1933.00 m（3-3＃高位蓄水池）。新增2万m3蓄水池由两座1万m3蓄水池组成，池深5.0 m，长78m，宽度35m，为钢筋混凝土蓄水池。

2 区域地质

2.1 地质构造

工作区位于海原县城南侧，蓄水池位于黄土丘陵地貌单元，属低中山区，总体地形为东南高北西低。黄土覆盖较厚。在河流发育的地段有较小规模的山间冲洪积平原及阶地。高程在1910.0 m～1950.0 m左右，呈近N-S展布。

工作区处于西华山—南华山北东麓活动断裂北东侧。该断层走向为北西-南东向，断面倾向北东、南西，地貌上表现为弧形隆起的山脉与盆地的分界，控制着山脉的隆升和盆地的下沉，具有较强的左旋走滑运动，形成了水系、山脊、阶地等的左旋位移。工作区形成了较厚的第四系冲洪积松散沉积物，区域稳定性分级属稳定性较差地带。

工作区内主要有六盘山东麓断裂、海原断裂带和三关口-牛首山-固原断裂三条区域性活动断裂。

图1 工作区构造位置图

2.2 地层岩性

工作区出露的地层有第四系上更新统（Q3m）马兰黄土：土黄色-浅褐黄色，硬塑-坚硬状态，垂直节理发育，可见大孔隙，表层黄土中含植物根系，具湿陷性，冲沟及落水洞较发育。主要分布在河道两侧山体上。

黄土（Q3m）：勘探深度内未揭穿，土黄色，稍湿，坚硬状态，垂直节理发育，具大孔隙，具湿陷性，含有灰白色钙质条纹及颗粒。

3 黄土湿陷性分析

3.1 湿陷系数随深度变化关系

黄土湿陷性是指湿陷性黄土地基在受到上部建筑物载荷作用下浸水，经过一系列物理化学变化，黄土颗粒之间的粘结强度降低，随着含水量的增加，原有的土颗粒骨架失衡，出现塌落现象，地基承载力大幅度下降，致使地基产生较大的沉降变形。

该场地黄土湿陷厚度21.0 m～43.0 m。湿陷系数δs=0.004-0.083，湿陷程度为轻微-强烈。自重湿陷系数、湿陷系数随深度的变化关系如下图所示。

图2

3.2 湿陷量计算及湿陷等级划分

场地湿陷土层厚度21.0 m～43.0 m。计算湿陷量1700.4mm，自重湿陷量2179.2mm；属Ⅳ级（很严重）自重湿陷场地，其湿陷量计算见表1。

表1

4 黄土湿陷的危害及处理措施

4.1 黄土湿陷的危害性

湿陷性黄土，再上部载荷作用下，浸水后会产生较大的沉降量以及不均匀沉降量。一般情况下在2d左右就可以出现超过150 mm～250 mm以上的压缩量。这样大的沉降量会对建筑工程造成倾斜失稳、表层开裂等破坏现象。因此，对湿陷性黄土场地建筑地基应有针对性的做好防固措施。

4.2 湿陷性黄土地基的处理措施

湿陷性黄土层具有孔隙比大、干密度小、结构疏松、垂直节理发育等特性，为了保证建筑物在施工及工后运行过程中的质量安全，施工时首先要确定建筑物基底压力、基础形式、尺寸以及基础埋置深度，一般情况下，未进行处理的湿陷性黄土不能直接作为建筑物基础的持力层。湿陷性黄土地基的处理方法应结合建筑物类别、形式、上部竖向荷载、水平荷载以及黄土湿陷量和湿陷等级综合确定。处理后的黄土地基需同时满足地基承载力和稳定性的要求。湿陷性黄土地基处理措施主要有以下四种处理措施。

（1）垫层法。当建筑基底以下湿陷性黄土层厚度小于3.0 m时，可采用土、灰土和水泥土等材料换填。灰土垫层中的消石灰与土的体积配合比应符合相关规范要求。垫层的压实质量应用压实系数控制。

（2）强夯法。强夯法适用于处理地下水位以上、含水量10%～22%且平均含水量低于塑限含水量1%～3%的湿陷性黄土地基。夯实厚度、处理范围及强夯能级应符合相关规范要求。

（3）挤密法。湿陷性黄土层厚度大，换填及强夯法处理不经济或不满足技术要求时，宜采用挤密法处理。根据成孔工艺可分为挤土成孔挤密法预钻孔夯扩挤密法。孔内填料宜用素土、灰土或水泥土，可也采用混凝土或水泥粉煤灰碎石水拌制料等强度高的填料，不应使用粗颗粒填料。挤密地基宜在基底下设置0.30～0.60厚的垫层。

（4）预浸水法。预浸水法宜用于处理自重湿陷性黄土厚度较大，且湿陷量和自重湿陷量的计算值均较大的场地。综合判定为Ⅲ级（严重）和Ⅳ级（很严重）自重湿陷性黄土场地应采用预浸水法处理。浸水前宜通过现场试坑浸水试验确定浸水时间、耗水量和湿陷量等。

5 结语

综上所述，在我国西北部陇西、陇东、陕北等地的工程地质问题中，湿陷性黄土作为一种特殊性岩土，其工程地质问题尤为突出。本文结合宁夏南部地区湿陷性黄土室内试验数据，综合分析并阐述了该区湿陷性黄土的成因、湿陷性机理、湿陷量、自重湿陷量及湿陷等级。根据湿陷性黄土的危害程度提出了四种关于湿陷性黄土地基的处理措施。在工程实践中，可运用以上几种方法结合实际对诸多黄土湿陷性问题进行处理，在此类项目中起到引导性作用。