濕陷性黃土地基處理措施研究

梁智廣

0 引言

黃土濕陷性一直是我國黃土地區工程建設過程中不可避免的一個問題，也是工程地質勘察界最關心的問題。黃土地區遇到的主要病害就是黃土的濕陷性，需根據黃土濕陷性的程度進行適當處理，保證工程的質量，同時兼顧經濟性。對黃土的濕陷特性的認識以及處理均對整個工程質量起著關鍵的作用。在以往的工程建設過程中，由于對濕陷性黃土的認識不夠深刻，相應的設計方案和處置措施不夠完善，造成了建筑物在建成之后出現了大量的局部沉陷或是不均勻沉降等病害，使其不能正常運營。因此，為確保黃土地區工程建設的質量，對濕陷性黃土的濕陷性進行較深入、細致的研究不僅理論上具有一定意義，而且具有重要的工程實踐意義。

1 黃土的濕陷性定義及等級劃分

黃土的濕陷性就是在一定應力(即上覆土的飽和自重應力或上覆土的飽和自重應力與附加應力)作用下受水浸濕后，結構迅速破壞，發生顯著附加下沉的特性。世界上的黃土，可以發生濕陷的有半數以上。

濕陷等級的劃分，主要目的是為了更正確地評價黃土的濕陷程度，從而采取相應的防護措施，使濕陷性黃土地基上的建筑物經濟合理，安全可靠。生產實踐經驗證明，各地區各層土的濕陷程度往往不一致，如果不加區分，不分青紅皂白的進行地基設計，對于具有輕微濕陷性的黃土地基采取不必要的設計手段，必將造成浪費;而對于具有嚴重濕陷性的黃土地基設防措施過于簡單，建筑物建成后(或者在建設過程中)出現濕陷事故，危及安全生產和正常使用，有時還會引起人身傷亡等更大的損失。顯然，這也是一種浪費。對于發生濕陷事故的工程，還要花費大量資金和時間進行加固處理，亦屬浪費。因此，按照濕陷程度將濕陷性黃土劃分幾個等級，針對不同等級，施以不同的防護措施，是很有必要的。本文依據我國1990年頒布的《濕陷性黃土地區建筑規范》中規定，濕陷強烈程度按濕陷系數為0.03，0.07劃分為輕微濕陷、中等濕陷和強烈濕陷三種。

2 黃土濕陷機理分析

關于黃土濕陷原因與機理，有過各種各樣的假說，如：毛管假說、可溶鹽假說、膠體不足說、水膜楔入說、欠壓密理論以及結構理論。這些假說有一個共同認識是水削弱了骨架顆粒間的連接力而導致濕陷，但因對骨架顆粒間膠結物成分及其作用認識不同，實驗手段各異，得出不同的結論。它們都能說明問題的一個方面，但不能充分地解釋黃土所有的濕陷現象和本質。根據現有資料的綜合分析，結合上面對黃土濕陷性影響因素的試驗研究及分析，對黃土的濕陷原因與機理進行如下的分析。

人們早就知道黃土濕陷的原因具有外因和內因之分，且外因是通過內因起作用的，那么外因是通過什么樣的內因，又是怎樣起作用的，則為黃土濕陷的機理。

濕陷性黃土的物質組成以粒徑大于0.005 mm的粉粒含量為主，起著骨架顆粒的作用，由于黃土是在干旱半干旱的氣候條件下堆積，骨架顆粒間的干摩擦力阻礙顆粒緊密排列，而造成大量的架空孔隙，粒徑小于0.005 mm的物質在黃土中起著膠結作用，由X線能譜分析可知，這些物質主要為粘土礦物，陪伴氧化物及碳酸鈣，使顆粒間產生一定的連結強度，黃土具有一定的孔隙水，它們主要集聚在顆粒連結處呈不連續分布。這是濕陷性黃土的主要結構特征。黃土結構體系的強度主要取決于黃土的連結強度。連結強度主要是上覆荷重所傳遞的有效法向應力，粒間的摩擦力與膠結物的連結強度。

黃土的濕陷性隨含水量的變化而變化，因為黃土的連結強度都隨著其含水量的變化而變化。黃土遇水后，有效法向應力因孔隙水壓力增加而減小;由于水的潤滑作用，粒間的摩擦系數降低，粒間摩擦力相應地就降低;非抗水的粘粒膠結物由于水膜楔入而距離拉大，連結強度變小。總之水大大削弱了黃土的連結強度，黃土的強度自然會降低。所以水這個外因是通過這些內因起作用的。

黃土在外部荷載作用時，由于濕陷性黃土的特殊的支架大孔結構，而且其顆粒成分非常的不均勻，即使在均勻的外力作用下土骨架中所受到的應力也是不均勻的，而是在土顆粒的膠結物上將發生應力集中。在水的作用下骨架顆粒間的非抗水膠結物本身就發生了軟化，連結強度減弱，在應力集中的情況下，就更容易發生破壞，當殘留的連結強度抵抗不了使顆粒移動的外力時，部分抗水膠結也被破壞，粒間接觸處發生斷裂，黃土的粒狀架空結構體系崩潰，導致了黃土的濕陷。這就是黃土在外部荷載作用下的變形過程。

通過試驗并在掃描電鏡下觀察表明，在一般的工程荷載下，黃土發生濕陷時，宏觀上的大孔，如根孔、蟲孔等并不發生破壞，主要發生破壞的是構成黃土架空結構的粒間孔隙。所以小孔隙是黃土濕陷的主要空間條件。

綜上所述，我們可以得出結論：黃土的濕陷性并不是受某個單一因素控制，而是多個因素綜合控制的結果。黃土的多孔性，架空結構，特別是其中的結構性孔隙的存在是黃土濕陷的空間條件;黃土在水與壓力的共同作用下發生的化學、物理化學作用導致粘粒膠結的強度降低，是黃土產生濕陷的基本原因;可溶鹽的存在及其含量對黃土濕陷性也造成一定的影響。

3 濕陷性黃土地基處理措施

1)地基處理措施：a.消除地基的全部濕陷量，若采用樁基、深基礎等，應穿透全部濕陷性土層。b.消除地基的部分濕陷量，可采用換土墊層、夯實、擠密等方法。濕陷性土地基處理方法，應根據建筑物的類別、濕陷性黃土的特性、技術經濟比較并注意施工條件和就地取材的原則。常用地基處理方法可按表1選用。

表1 濕陷性黃土地基處理常用方法

2)防水措施：a.基本防水措施，在建筑布置、場地排水、地面防水、散水等方面，防止雨水或生產生活用水滲入地基內的各項措施。b.檢漏防水措施，在基本防水措施的基礎上，對防護范圍內的地下管道增設檢漏管溝和檢漏井。c.嚴格防水措施，對重要建筑場地和高級別濕陷地基，在檢漏防水措施的基礎上，對防水地面、排水溝、檢漏管溝和檢漏井等設施提高設計標準，如增設卷材防水層、采用鋼筋混凝土排水溝等。

3)結構措施：減小建筑物的不均勻沉降，或使結構物適應地基的變形，建筑平面布置力求簡單，或用沉降縫分成若干個體型簡單的獨立單元，用增設圈梁、基礎梁、構造柱等方法，加強建筑物上部結構的整體剛度。

4 結語

在濕陷性黃土地區進行建設時，必須根據濕陷性黃土的特點和工程要求，因地制宜，采取以地基處理為主的綜合措施，消除地基的全部濕陷量或部分濕陷量，防止地基濕陷，保證建筑物的安全和正常使用。

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