剛果CDM場區黃土狀粘土濕陷性分析及處理措施

史建松

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

0 序言

濕陷性土是指那些非飽和的結構不穩定性土。在一定壓力作用下受水浸濕時，其結構迅速發生顯著的附加下沉。濕陷性土主要有風積的砂和黃土、疏松的填土和沖積土以及由花崗巖和其他酸性巖漿巖風化而成的殘積土。此外，還有來源于火山灰沉積物、石膏質土、由可溶鹽膠結的松砂、分散粘土、鈉蒙脫石以及某些鹽漬土等。其中又以黃土最具代表性。本文以剛果CDM公司場區為例，對其黃土狀粘土層的濕陷性進行分析。

1 濕陷性黃土的特征、分類及工程性質

黃土一般具有以下特征，當缺少其中一項或幾項特征的稱為黃土狀土[1]。

(1)顏色以黃色、褐黃色為主，有時呈灰黃色；

(2)顆粒組成以粉粒(粒徑 0.05 mm～0.005 mm)為主，含量一般在60%以上，粒徑大于0.25 mm的極少見；

(3)有肉眼可見的大孔，孔隙比一般在1.0左右；

(4)富含碳酸鹽類，垂直節理發育。

本文所要研究的粘土具有上述特征的兩種，顆粒較小，孔隙較大，屬于黃土狀粘土，根據規范規定，可采用濕陷性黃土的計算方法進行分析研究。

黃土的濕陷性分為自重濕陷和非自重濕陷。前者系指黃土遇水后，在其本身的自重作用下產生沉陷的現象；后者系指黃土浸水后，在附加荷載作用下所產生的附加沉陷。

2 黃土的濕陷性評價

當濕陷系數δs小于0.015時，應定為非濕陷性黃土；當濕陷系數δs等于或者大于0.015時，應定為濕陷性黃土。

濕陷性黃土的濕陷程度，可根據濕陷系數δs的大小分為三種[2]:

(1)當 0.015≤δs≤0.03 時，濕陷性輕微；

(2)當 0.03＜δs≤0.07 時，濕陷性中等；

(3)當 δs＞0.07 時，濕陷性強烈。

根據自重濕陷系數δzs和濕陷系數δs可以計算出自重濕陷量Δzs和濕陷量。

當計算值Δzs≤70 mm時，應定為非自重濕陷性黃土場地，反之則為自重濕陷性黃土場地。

濕陷量Δs的計算深度應自基礎底面 (如基底標高不確定時，自地面下1.50 m)算起，見圖1。在非自重濕陷性黃土場地，累計至基底下10 m(或地基主要壓縮層)深度止，在自重濕陷性黃土場地，累計至非濕陷性土層頂面止，其中濕陷系數δs(10 m以下為δzs)小于0.015的土不累計。

圖1 土樣代表深度hi計算示意圖

濕陷性黃土地基的濕陷等級，應根據濕陷量的計算值和自重濕陷量的計算值等參數按《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB 50025-2004）判定。

3 工程實踐

剛果CDM公司年產4000 t電積銅、3000 t粗制氫氧化鈷濕法冶煉項目場地位于剛果(金)加丹加省盧本巴希市新工業開發區CDM公司老廠區西側，華北有色工程勘察院有限公司剛果(金)公司承擔了該廠區的詳勘任務。

通過勘察，發現該場地上部為粘土層，層厚4 m～6 m，通過現場鉆探觀察發現，該土層為坡積層，層狀結構明顯，具有顆粒小、孔隙大等特點，懷疑具有濕陷性。取樣進行試驗發現，該層粘土確實具有濕陷性，為黃土狀粘土層。

3.1 實驗室試驗參數分析

在該場地內分布了7個探井，位置分布見圖2。

圖2 探井位置分布示意圖

在探井中取原狀土樣進行土的常規試驗，所得黃土狀粘土層的試驗參數見表1。

表1 黃土狀粘土層物理力學參數統計表

從表1中的數據，可以明顯的看出:該層土為黃土狀粘土，比起濕陷性黃土所具有的特點，該層土的液限、塑限、塑性指數、C值和Ф值都較大，這是由該廠區勘察時間正好為旱季的最后一個月導致。當地旱季時間長，溫度高達30℃，蒸發量很大，表層土中的水分大量蒸發，導致黃土狀粘土含水率較小，土的C值和Ф值都較大。通過鉆探和場地平整情況可以得知，該場地表層土都是回填壓實土，第二層為洪積粘土，層狀結構明顯，孔隙較大，孔間充填有白色物質，而其余5項參數都符合黃土的特征，根據工程經驗和國內相關規范的規定，初步判斷該場地土層為黃土狀粘土層，具有濕陷性。

3.2 土的濕陷系數、自重濕陷系數和起始壓力

該場地內表層黃土狀粘土具有層狀結構，土的孔隙較大，能夠明顯的看到孔隙結構，根據以往的工程經驗，該層土可能具有濕陷性[3]。本工程開挖了7個探井，取Ⅰ級原狀試樣33件，得出的參數見表2。

試驗結果表明，T01～T05探井試樣的自重濕陷系數大部分都大于0.015，初步判斷該場地為自重濕陷場地；土層試樣所有大的濕陷系數處于0.058～0.147之間，均大于0.03，部分濕陷系數大于0.07，初步判斷場該地濕陷性中等到強烈。

表2 部分黃土狀粘土的濕陷性參數

3.3 土層自重濕陷量和濕陷量計算

根據公式1、公式2和圖1的計算方法，結合實驗室所得各土層的自重濕陷系數和濕陷系數，可以計算出該黃土狀粘土層的自重濕陷量和濕陷量。

表3 探井自重濕陷量和濕陷量計算值

通過計算該場地黃土狀粘土層的自重濕陷量Δzs和濕陷量 Δs，可以看出 T1，T3，T5，T6 探井具有自重濕陷量，T1，T3，T5的自重濕陷量均 70 mm＜Δs＜350 mm，濕陷量 300 mm＜Δs＜600 mm，為自重濕陷區域，根據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）標準判斷，該場地為Ⅱ(中等)級濕陷場地；T6自重濕陷量小于70 mm，屬于非自重濕陷場地，濕陷量Δs＞300 mm，屬于Ⅱ(中等)級濕陷場地；T2，T4，T7 的自重濕陷系數δzs均小于0.015，沒有自重濕陷量，為非自重濕陷區域，濕陷量均小于300 mm，為Ⅰ(輕微)級濕陷場地。綜合上述情況和探井分布的區域，考慮該場地勘察等級為乙級，建筑物比較重要，可以判定該場地為Ⅱ(中等)級濕陷性場地。

對于該區域的內探井濕陷量的不均勻性，主要是現場的地層條件決定的。該場地沒有平整前，是一片熱帶原始草原，其中灌木叢生，螞蟻包林立，螞蟻包有3 m多高，是非洲螞蟻搬運的地下粘土堆積而成。螞蟻包內部孔隙很大，含水率低，具有高壓縮性，工程性質極差，螞蟻包地下被非洲螞蟻掏空，形成了巨大的地下網道，地下土層孔隙很大。通過鉆探，發現該區域土層屬于洪積土，層狀結構明顯，層間充填有小礫石和白色鈣狀物，土層性質較穩定。平整場地時，使用工程機械整平了這些螞蟻包，螞蟻包地表以上的粘土被整平到了場地的表層，被壓路機壓實，地表高程得到統一。但是螞蟻包地表以下的松散組織并沒有被壓實。T1，T3，T5探井正好開挖在了螞蟻包所在的位置，而T2，T4，T6，T7開挖在洪積粘土層的位置，所以導致了探井濕陷量差異和場地濕陷等級的差異。

3.4 濕陷性場地處理措施

當地基的濕陷變形、壓縮變形或承載力不能滿足設計要求時，應針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，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性黃土層上；乙、丙類建筑應消除地基的部分濕陷量。

該場地黃土狀粘土層厚度不超過6 m，6 m以下為原巖風化的粉質粘土，工程性質較好，可以作為持力層，場地的濕陷等級屬于Ⅱ(中等)級，建筑等級為乙級，根據表4[4]所提供的方法，可以采用強夯法、擠密法或樁基進行處理，消除地基的部分濕陷量以達到建筑設計要求。考慮到非洲的實際情況，建議采用分層換填、逐層強夯的處理方法。

表4 濕陷性黃土地基常用的處理方法

4 結語

(1)雖然國內的粘土一般不具有濕陷性，但是在非洲特殊的自然環境下，特殊區域的粘土層也具有一定濕陷性，在進行工程勘察時，必須對這些地層進行詳細的研究和分析，采用實驗室濕陷性試驗和現場浸水試驗相結合的方法，認真驗證粘土層的濕陷性和研究粘土層產生濕陷的原因，為設計者提供可靠的設計參數。

(2)根據濕陷量和濕陷土層厚度評價場地等級時，應充分考慮非洲雨季和旱季時間長、季節分明的特點，結合國內規范和工程經驗綜合評價，得出符合實際情況的結果。

(3)對于濕陷性地基的處理方法，應根據非洲實際的社會資源和現有的施工條件，提出實際可行的方法，快速、有效的進行施工。