典型黄土区某移民新村地基下陷成因与防治措施

陈国富

（1.甘肃省核地质二一九大队，甘肃 天水 741000；2.核工业天水工程勘察院有限公司，甘肃 天水 741000）

1 概述

中国西北地区广泛分布大厚度黄土层，甘肃中东部黄土分布面积约为12 km2，区内分布的黄土丘陵地貌为其典型的地貌类型。而黄土湿陷是指在一定的压力下受水侵蚀，黄土的结构迅速破坏，土体产生显著附加下沉的现象[1]，湿陷性是黄土的主要力学特征，在黄土地区岩土工程勘察过程中必须对黄土层的湿陷性进行评价。近年来，因工程建设对涉及湿陷性黄土的相关工程问题研究成果颇丰，而对黄土湿陷的研究多集中于黄土力学指标分析评价[2-4]，湿陷性黄土地基处理等领域[5-7]。

文章以甘肃陇西地区某一新建移民新村为研究对象，工程区属典型黄土丘陵沟壑区，黄土层厚度大，具有明显的地域性特征，2019年7月，因受强降雨天气影响，该新村黄土地基下陷导致建构筑物破坏变形，通过在工程区现场实地调查、采用工程地质钻探结合刻槽取样并分析汇总，探析典型黄土区的地基下陷成因，为以类似地质背景的工程项目地基处理提供理论借鉴与防治建议。

2 工程概况

工程区为移民搬迁新建村庄，新村所在地貌类型为典型的黄土丘陵沟壑区，在新村建设中对场地进行削坡填沟整平，场地整平后进行新村建设，新村沿东西向平行布置居民房6排共38户，房高均为1层。

2019年6月以来，工程区新村所在的地区连续遭遇数场强降雨天气，基础建设尚不完善的房屋因雨水入渗导致黄土地基失陷下沉，埋设于地下的排水管道因土体下陷而变形破裂，管道中水的渗出加剧新村房屋地基土下陷，使新村一些房屋发生不同程度的地基沉陷，导致墙体开裂、变形（图1、图2），在一定程度上威胁到当地居民的生命财产安全。

图1 新村房屋墙体开裂

图2 新村房屋墙体变形

3 工程区土试样特征

在工程区开展调查、勘察过程中，场地内共布置3口人工探井及6个钻孔；经过对工程区场地的调查与场地地层勘探情况，将场地地层自上而下分为:①填土（第四系人工填土层）和②黄土（第四系风积层），工程区内各土层分布情况见表1。

表1 工程区地层分布汇总表

勘察过程中通过从探井中利用人工刻槽取样的方法共获取I级原状土样31件，从钻孔岩芯中获取II级轻微扰动土试样13件，送至土工实验室进行土常规分析测试试验，各层土工试验相关物理力学指标统计见表2。

表2 岩（石）土的物理力学指标统计表

根据实验结果，场地内分布的填土、黄土均具湿陷性。

（1）填土：黄褐色，稍密—密实，稍湿，土质不均匀，该层填土局部具有湿陷性。勘查过程中采取探井侧壁取原状样进行室内试验，试验结果表明填土湿陷系数介于0.005～0.030，自重湿陷系数介于0.003～0.015，最大湿陷土层厚度位于填土层底部。

（2）黄土：该层黄土具有湿陷性。勘察中采取探井侧壁取原状样进行室内试验，试验结果表明在探井勘探深度范围内所取样品黄土湿陷系数介于0.014～0.065，自重湿陷系数介于0.009～0.037，最大湿陷土层厚度在4.0～5.0 m左右，土层湿陷性厚度变化较大。

由于填土层垂向分布于黄土层之上，场地内土体湿陷性计算采用累计总和法，计算场地内土体总湿陷量为172.50～327.00 mm，自重湿陷量为79.50～151.50 mm，场地属Ⅱ级自重湿陷性地基土，湿陷等级为中等。

4 地基下陷成因探析

根据工程区场地的地貌特征、土体特性、新村建设中地基处理方式及降雨等因素，对工程区地基沉降等问题进行分析考虑，导致工程区房屋地基沉陷的成因主要有：土体结构特征、地形地貌条件、强降雨天气及人为地基处理方式不当等。

4.1 土体结构特征

工程区所在场地地层主要为黄土的地层结构，黄土层厚度大，根据土试样实验结果，区内黄土具有自重湿陷性，湿陷性黄土主要特征表现为土体结构疏松，具大孔隙，垂直节理发育，遇水易软化而发生沉陷。黄土垂直节理发育和大孔隙利于雨水入渗，土体遇水极易崩解，产生落水洞、沉陷、裂隙等（图3），加剧雨水渗漏导致土体结构破坏，在地下一定深度范围落水洞、地裂缝连通，形成地下土洞，入渗水往往在连通区富集，通过连通孔隙从低处的坡面流出，在流动过程中不断侵蚀、浸湿，土洞规模不断增大，在强降雨或地震等条件下土体受自身重力作用易失稳产生裂缝、沉陷。这是导致工程区新建村庄发生水毁，地基沉陷的主要原因。

图3 场地黄土层垂直节理发育

4.2 地形地貌条件

工程区地貌类型属黄土丘陵沟壑地貌，场地周边因流水冲刷切割，冲沟因沟底受地形所限或因修筑公路等原因，阻挡冲沟中地表水径流，在碟形洼地汇水处因水流纵向入渗及冲蚀形成漏斗或落水洞（图4），在强降雨条件下，沟谷汇集的水流在地下蚀空区富集，流动过程中不断侵蚀、浸湿，导致地下土洞规模不断增大，使土洞以上的土体受自身重力作用而失稳产生裂缝或沉陷。进而影响地表的建筑物地基基础不均匀沉陷，这是导致工程区民房建筑发生水毁，地基沉陷的内在原因之一。

图4 场地北侧新发育的落水洞

4.3 强降雨天气

根据中国天气网气象资料，工程区所在的区域自2019年6—7月中旬累计降雨量达到140 mm，连续发生数场强降雨天气造成场地地表积水汇流，地表汇流对地表进行冲蚀或沿黄土节理面、落水洞等处下渗，是导致新建村庄地基下陷的直接诱因。

4.4 场地平整及地基处理方式

经调查，该新村在建设过程中是在原地削坡填沟进行场地平整，通过实地勘察和调查，在场地平整过程前因场地自西北向东南横向发育一条瓦片状洼地，洼地中发育的冲沟连接到南侧大的黄土冲沟，洼地自西北向东南逐渐加深，深度介于0.5～5.0 m，在该洼地和冲沟回填过程中对填土方中下部未进行压实处理，土体处于欠固结状态，导致后期土体因雨水入渗而导致该部分回填土沉降下陷，一定程度上影响到建于填方上部因地基沉降而发生房屋不同程度变形及墙体开裂等现象。

在新村建设过程中，只对房屋地基以下1.0 m范围内地基做了处理，对围墙地基基本未作处理，拟建物从地表面直接砌筑，并没有考虑到对建筑物基底湿陷性黄土的处理，在强降雨天气等因素影响下，导致建筑物地基因黄土湿陷而发生不均匀沉降，围墙墙体与房屋交界处因变形产生开裂。因地基土下陷导致场地内地底埋设的排水管道变形破裂，管道中水渗出，进一步加剧场地地基的下陷破坏。

5 地基下陷防治措施

在工程建设中对湿陷性黄土地基的处理至关重要，工程建设前需严格依照勘察设计要求，根据场地黄土湿陷性等级及湿陷土层厚度对其场地地基进行处理。新建村庄项目在建设中对湿陷性黄土地基处理不彻底或未作处理，在强降雨天气条件下地基进水导致地基下陷，地上房屋开裂变形，一定程度上对当地居民生命财产安全构成威胁，因地上建构筑物已基本完成建设，对开裂变形处房屋湿陷性黄土地基补救处理难度大，结合工程实际情况，对场地湿陷性黄土地基可采取以下措施进行防治。

（1）设截排水渠，以确保强降雨条件下将新村场地上游一带黄土沟中地表水合理地截取或排出，避免再次流入居民区对房屋地基冲刷，加剧危害程度。

（2）对场地周边能影响到场地的落水洞、陷穴、陷坑、坑洞等应及时进行回填压实，防止水流灌入，避免进一步对新村地基底部蚀空或导致地下土洞规模不断增大。

（3）在条件允许的条件下，尽可能对场地地表进行硬化处理，特别是对居民区院落及周边道路应进行地表硬化或夯实，防止地表水入渗进一步造成房屋地基下陷。

（4）应对新村水毁区域实施变形、沉降及裂缝监测，并做好相关记录，以确保当地居民生命财产安全。

6 结语

湿陷性黄土地区在进行工程建设过程中对黄土湿陷性的处理至关重要，因此，在项目建设的勘察设计阶段对湿陷性黄土的湿陷等级、湿陷土层厚度的调查、试验及分析工作必不可少；湿陷性黄土由于大孔隙、垂直节理发育等特性，土体遇水后极易发生湿陷变形而导致地基沉降，因此，对湿陷性黄土场地的截排水及防水工作异常重要，尽可能减少地表水体汇集下渗导致黄土地基湿陷变形。项目属黄土地基进水导致下陷，地上房屋变形的典型案例，对湿陷性黄土地基沉降导致房屋开裂变形进行成因分析与防治建议，旨在总结经验教训的同时，为今后类似的黄土地基处理提供借鉴。