淺談寧夏地區黃土的濕陷性危害及治理方法

張孟州　曹亮

【摘 要】寧夏地處西北地區，濕陷性黃土分布廣泛，濕陷性黃土的沉陷，使地基發生不均勻沉降，造成建筑物及道路開裂、下陷及變形。對人安全身及國家財產造成了巨大危害。所以在濕陷性黃土地區，選擇合理治理方法，對濕陷性黃土基礎做好有效處理至關重要。

【關鍵詞】濕陷性黃土；不均勻沉降；危害；治理方法

0 概述

黃土指的是在干燥氣候條件下形成的多孔性具有柱狀節理的黃色粉性土。黃土主要分布于世界大陸比較干燥的中緯度地帶。全世界黃土分布的總面積大約有1300萬平方公里。我國的黃土的分布，西起甘肅祁連山脈的東端，東至山西、河南、河北交接處的太行山脈，南抵陜西秦嶺，北到長城，包括陜西、陜西、寧夏、甘肅、青海等五個省區的220多個縣市，面積達54萬平方公里，占全國土地面積的百分之六。我國西北的黃土高原是世界上規模最大的黃土高原，華北的黃土平原是世界上規模最大的黃土平原。中國黃土按地質形成年代和工程特性基本劃分為下列4個地層：

（1）早更新世黃土。簡稱為Q1黃土，形成于距今70～120萬年之間。粉粒和粘粒含量比后期黃土要高，質地均勻，致密堅硬，低壓縮，無濕陷性；

（2）中更新世黃土。簡稱Q2黃土，形成于距今10～70萬年之間。同樣具有粉粒和粘粒含量比后期黃土要高，質地均勻，致密堅硬，低壓縮性的特點。但其最上部已表現出輕微濕陷性，是西北地區黃土地層的主體；

（3）晚更新世黃土。簡稱Q3黃土，形成于距今0.5～10萬年之間。質地均勻，但較疏松，肉眼可見大孔，具濕陷性或強烈濕陷性；

（4）全新世黃土。簡稱Q4黃土，形成于距今5千年內。一般土質疏松，肉眼可見大孔，具濕陷性或強烈濕陷性。

通常將早期和中期形成的Q1和Q2黃土統稱為老黃土，將其后形成的Q3和Q4黃土稱為新黃土，可以看出通常所說的濕陷性黃土指的就是新黃土。

寧夏黃土多分布在固原市及同心縣周邊地區，還有部分分布在鹽池縣及靈武市周邊地區（本地區主要為黃土狀粉土）。

1 濕陷性黃土成因

黃土主要分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土。濕陷性黃土是指在一定的壓力下受水侵蝕，土結構迅速破壞，并產生顯著附加下沉的黃土；非濕陷性黃土是指在一定的壓力下受水侵蝕，無顯著附加下沉的黃土。根據地區經驗，寧夏地區黃土物理力學性質為：天然含水量12%～22%，塑限為16%～22%，液限為25%～35%，試驗研究表明，粗粉粒和砂粒在黃土結構中起骨架作用，由于在濕陷性黃土中砂粒含量很少，而且大部分砂粒不能直接接觸，能直接接觸的大多為粗粉粒。細粉粒通常依附在較大顆粒表面，特別是集聚在較大顆粒的接觸點處與膠體物質一起作為填充材料。

黃土在形成時是極松散的，靠顆粒的摩擦和少量水分的作用下略有連接，但水分逐漸蒸發后，體積有所收縮，膠體、鹽分、結合水集中在較細顆粒周圍，形成一定的膠結連接。經過多次的反復濕潤干燥過程，鹽分積累增多，部分膠體陳化，因此逐漸加強膠結而形成較松散的結構形式。季節性的短期降雨把松散的粉粒黏結起來，而長期的干旱氣候又使土中水分不斷蒸發，于是少量的水分連同溶于其中的鹽分便集中在粗粉粒的接觸點處，可溶鹽類逐漸濃縮沉淀而形成為膠結物。隨著含水量的減少土粒彼此靠近，顆粒間的分子引力以及結合水和毛細水的連接力也逐漸增大，這些因素都增強了土粒之間抵抗滑移的能力，阻止了土體的自重壓密，形成了以粗粉粒為主體骨架的多空隙結構。當黃土受水浸濕時，結合水膜增厚楔入顆粒之間，于是結合水連接消失，鹽類溶于水中，骨架強度隨著降低，土體在上覆土層的自重壓力或在自重壓力與附加壓力共同作用下，其結構迅速破壞，土粒向大孔滑移，粒間孔隙減小，從而導致大量的附加沉陷。這就是黃土濕陷現象的內在過程。

綜上所述，濕陷產生的根本原因是黃土具有明顯的遇水連接減弱，造成了濕陷坍塌。

2 濕陷性黃土危害

濕陷性黃土危害主要內容有：黃土滑坡、黃土崩塌、黃土濕陷、黃土塌陷、地面沉降。其中以為黃土的濕陷最具代表性。

濕陷性黃土在遇水時，土結構連接減弱，發生破壞，造成黃土的沉陷，使地基發生不均勻沉降，造成建筑物及道路開裂、下陷及變形。固原地區有幾起樓房坍塌及樓房裂縫都是由于濕陷性黃土地基處理不當，遭水浸泡使得地基下陷造成的，對人安全身及國家財產造成了巨大損失。所以在濕陷性黃土地區，對濕陷性黃土基礎做好有效處理至關重要。

3 濕陷性黃土地基處理

當地基的濕陷變形、壓縮變形或者承載力不能滿足設計要求時，應征對不同土質條件和建筑物的類別，在地基壓縮層內或濕陷性黃土層內采取處理措施，各類建筑物的地基處理應符合下列要求：（1）甲類建筑應消除地基的全部濕陷量或采用樁基礎穿透全部濕陷性黃土層，或將基礎設置在非濕陷性黃土層上；（2）乙丙類建筑應消除地基的部分濕陷量。

濕陷性黃土地基基礎常用的處理方法有以下幾種：墊層法；強夯法；擠密法；預浸水法；樁基法和其他方法。各種處理方法如下：

3.1 墊層法

墊層法包括土墊層和灰土墊層，是先將基礎下的濕陷性黃土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分層夯實做成墊層，以便消除地基的部分或全部濕陷量，并可減小地基的壓縮變形，提高地基承載力。

3.2 強夯法

強夯法分為重錘表層夯實及強夯。重錘表層夯實適用于處理飽和度不大于60%的濕陷性黃土地基。一般采用2.5～3.0t的重錘，落距4.0～4.5m，可消除基底以下1.2～1.8m黃土層的濕陷性。

3.3 擠密法

擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基，施工時，先按設計方案在基礎平面位置布置樁孔并成孔，然后將備好的素土（粉質粘土或粉土）或灰土在最優含水量下分層填入樁孔內，并分層夯（搗）實至設計標高止。通過成孔或樁體夯實過程中的橫向擠壓作用，使樁間土得以擠密，從而形成復合地基。值得注意的是，不得用粗顆粒的砂、石或其它透水性材料填入樁孔內。

3.4 預浸水法

預浸水法是在修建建筑物前預先對濕陷性黃土場地大面積浸水，使土體在飽和自重應力作用下，發生濕陷產生壓密，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷濕陷性。預浸水法一般適用于濕陷性黃土厚度大、濕陷性強烈的自重濕陷性黃土場地。由于浸水時場地周圍地表下沉開裂，并容易造成“跑水”穿洞，影響建筑物的安全，所以空曠的新建地區較為適用。

3.5 樁基礎法

樁基礎既不是天然地基，也不是人工地基，屬于基礎范疇，是將上部荷載傳遞給樁側和樁底端以下的土（或巖）層，采用挖、鉆孔等非擠土方法而成的樁，在成孔過程中將土排出孔外，樁孔周圍土的性質并無改善。但設置在濕陷性黃土場地上的樁基礎，樁周土受水浸濕后，樁側阻力大幅度減小，甚至消失，當樁周土產生自重濕陷時，樁側的正摩阻力迅速轉化為負摩阻力。因此，在濕陷性黃土場地上，不允許采用摩擦型樁，設計樁基礎除樁身強度必須滿足要求外，還應根據場地工程地質條件，采用穿透濕陷性黃土層的端承型樁（包括端承樁和摩擦端承樁），其樁底端以下的受力層：在非自重濕陷性黃土場地，必須是壓縮性較低的非濕陷性土（巖）層；在自重濕陷性黃土場地，必須是可靠的持力層。這樣，當樁周的土受水浸濕，樁側的正摩阻力一旦轉化為負摩阻力時，便可由端承型樁的下部非濕陷性土（巖）層所承受，并可滿足設計要求，以保證建筑物的安全與正常使用。

【參考文獻】

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[責任編輯：劉展]