濟南市黃土的濕陷機理與地基濕陷性評價

王霞 謝一鳴 謝孔金

【摘?要】本文簡要分析濟南市黃土的分布特征及其濕陷機理和危害，闡述了黃土的濕陷性試驗方法，明確了黃土場地的地基濕陷性評價方法和濕陷等級劃分，總結了濟南地區黃土的濕陷類型和濕陷等級。

【關鍵詞】黃土;濕陷性;濕陷系數;濕陷等級

Collapsing Mechanism and Foundation Collapsibility Evaluation of Loess in Jinan City

Wang-xia1， Xie yi-ming2，Xie kong-jin3

（1.Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.， Ltd?Ji'nan?Shandong?250101;

2.School of Civil Engineering，Shandong Jianzhu University?Jinan?Shandong?250101;

3.Shandong Zhengyuan Geological Resources Exploration Co.， Ltd?Ji'nan?Shandong?250101）

【Abstract】This paper briefly analyzes the distribution characteristics and collapsibility mechanism and damage of loess in Jinan City， expounds the collapsibility test method of loess， clarifies the evaluation method of foundation collapsibility and the classification of collapsibility level in loess site， and summarizes the loess of Jinan area. Collapking type and collapsibility level.

【Key words】Loess;Collapsibility;Collapsibility coefficient;Collapsibility level

1. 前言

（1）黃土是一種特殊的第四紀大陸疏松堆積物。黃土按成因分為原生黃土（黃土）和次生黃土（黃土狀土）。我國黃土堆積時代包括整個第四紀，面積達64萬平方公里。目前，危害較大、研究較多的為濕陷性黃土，分布面積約27萬平方公里。

（2）山東省濟南市南部山麓廣泛分布黃土，且多為濕陷性黃土，厚度幾米至十幾米，一般工業與民用建筑經常以處理過的該層黃土作為基礎持力層。所以查明黃土地層的時代、成因、厚度、范圍、濕陷性、濕陷類型及濕陷等級，并據此建議合理的地基處理方法和基礎方案及設計施工時應采取的防護措施，是黃土分布區巖土工程勘察中的首要任務之一。

2. 黃土的分布及特征

（1）濟南市位于山東省中部，是全省政治、經濟、文化、科教中心。從大地構造來說，濟南市地處華北地臺（Ⅰ）、魯西臺背斜（Ⅱ）、魯西隆斷區（Ⅲ）、泰沂隆斷束（Ⅳ）、泰山斷塊凸起（Ⅴ）北緣的下古生界盆地內，濟南市北部是平坦的黃河沖積平原，屬我國華北平原的東南邊緣。由于南高北低的地勢，從而形成了以興濟河為主的多條河流途徑市區流入小清河。

（2）濟南市屬暖溫帶半干旱半濕潤大陸性季風氣候，黃土主要分在南部群山周圍，即各個山谷、沖溝兩側及溝谷處的沖洪積扇和山前坡積地帶，主要為經七路以南的廣大地區及山前沖洪積扇地帶，成因以坡積、沖積及洪積為主，其主要特征是：顏色呈褐黃-黃褐色;土質不甚均勻;粉粒含量較高;結構疏松，具大孔隙;垂直節理發育;富含鈣質粉末;一般具濕陷性和高壓縮性等。

3. 黃土的濕陷機理及其危害

3.1?黃土濕陷機理。

黃土的濕陷機理國內外學者眾說紛紜，如毛細管假說、鹽溶假說、膠體不足說、水膜鍥入說、欠壓密理論和結構學說等，其中欠壓密理論有較多的支持者。該假說認為黃土是在干旱和半干旱條件下形成的，在干燥少雨的條件下，由于蒸發量大，水分不斷減少，鹽類析出，膠體凝結，產生了加固粘聚力，在土濕度不很大的情況下，上覆土層不足以克服土中形成的加固粘聚力，因而形成欠壓密狀態，一旦受水浸濕，加固粘聚力消失，于是產生濕陷。

3.2?黃土濕陷危害。

黃土的濕陷性指黃土浸水后在外荷載或自重作用下發生下沉的現象。通常在自重壓力和附加壓力共同作用下產生濕陷的黃土稱非自重濕陷性黃土，而僅在自重壓力下就產生濕陷的黃土稱自重濕陷性黃土。黃土的濕陷性與黃土的結構特征及膠體物質的水理特征等密切相關。黃土的濕陷性對工程建筑的危害極大，黃土的濕陷變形是由于地基被水浸濕所引起的一種附加變形，這種變形往往是隨機的，任何時間任何地段都可能發生，而且變形的速率很大，并且不均勻，易造成地面塌陷，從而導致建筑物傾斜甚至產生裂縫等工程事故。因此，巖土工程勘察過程中，應對黃土的濕陷性及地基濕陷等級作出正確評價，以減少工程隱患。

4. 黃土濕陷性試驗

4.1?試驗指標。

（1）根據《濕陷性黃土地區建筑規范》和《土工試驗方法標準》，為了判定黃土的濕陷性，并通過計算濕陷量和自重濕陷量最終確定地基濕陷等級，目前常用的試驗指標主要有：濕陷系數、自重濕陷系數、濕陷起始壓力及溶濾變形系數等。

（2）濕陷系數（δs）指單位厚度土體在一定壓力作用下變形穩定后飽和浸水所產生的附加濕陷下沉量。

（3）自重濕陷系數（δzs）指對應于土的飽和自重壓力作用下的濕陷系數。

（4）濕陷起始壓力（Psh）指黃土浸水發生濕陷所需要的最小壓力。

（5）溶濾變形系數（δwt）指黃土在一定壓力下及滲透水長期作用下，由于鹽類溶濾及土體中孔隙繼續被壓密而產生的垂直變形。

4.2?試驗方法。

（1）黃土濕陷性指標的確定，目前國內外都采用單線法和雙線法兩種。

（2）單線法指切取5個環刀土樣，分別對每個土樣在天然濕度下分級加至不同的規定壓力，等壓縮穩定后測試土樣高度，然后再加水浸濕，測下沉穩定后的高度，再利用公式計算各級壓力下的濕陷系數，并繪制濕陷系數與壓力關系曲線（如圖1）。

（3）雙線法指切取2個環刀土樣，一個土樣在天然濕度下分級加壓至壓縮穩定，并繪制壓縮曲線。另一個土樣在天然濕度下施加第一級壓力后浸水，直至第一級壓力下濕陷穩定后，再分級加壓至試樣在各級壓力下浸水變形穩定為止，并繪制出壓縮曲線，然后根據兩線的差值求出濕陷系數與壓力關系曲線（如圖2）。

5. 地基濕陷性評價

5.1?定性評價。

根據《濕陷性黃土地區建筑規范》，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大于0.015時，應定為濕陷性黃土。測定濕陷系數的壓力應自基礎底面（如基底標高不確定時，自地面下1.5m）算起，10m以內的土層應用200KPa，10m以下至非濕陷性土層頂面，應用其上覆土的飽和自重壓力（當大于300KPa時，仍用300KPa），當基底壓力大于300KPa時，宜用實際壓力，對壓縮性較高的新近堆積黃土，基底下5m以內的土層宜用100～150KPa壓力，5～10m和10m以下至非濕陷性黃土層頂面，應分別用200KPa和上覆土的飽和自重壓力。

5.2?濕陷類型劃分。

（1）濕陷性分為自重濕陷性和非自重濕陷性，當濕陷系數δs大于0.015時，應定為濕陷性黃土。當自重濕陷系數δzs大于0.015時，可以說黃土具自重濕陷性，但并不能說是自重濕陷性黃土場地，其劃分應根據計算的自重濕陷量Δzs大小確定，當計算的自重濕陷量Δzs大于70mm時，判定為自重濕陷性黃土場地，當計算的自重濕陷量Δzs小于70mm時，仍判定為非自重濕陷性黃土場地。

自重濕陷量Δzs按下式計算：

Δzs=β0∑δzsihi

式中： δzsi——第i層土的自重濕陷系數

hi——第i層土的厚度

β0——因土質地區而異的修正系數

（2）自重濕陷量Δzs的累計可自天然地面（當挖、填方的厚度和面積較大時，自設計地面）算起，至其下部全部濕陷性黃土層的底面為止，其中自重濕陷系數δzs小于0.015的土層不應累計。一般以探井數據為準，且取樣間距宜為1.00m。

5.3?濕陷等級確定。

（1）根據《濕陷性黃土地區建筑規范》，濕陷性黃土地基濕陷等級有四級，分級標準不僅考慮了黃土的自重濕陷量Δzs，而且利用了黃土的總濕陷量Δs，根據計算出的自重濕陷量Δzs和總濕陷量Δs，按下表1確定濕陷等級。

總濕陷量Δs按下式計算：

Δs=∑βδsihi

式中：δsi——第i層土的濕陷系數

hi——第i層土的厚度

β——考慮基底下地基土的受水浸濕可能性和側向擠出等因素的修正系數，在缺乏實測資料時，可按下列規定取值：基底下0～5m深度內，取1.5;基底下5～10m深度內，取1;基底下10m以下至非濕陷性黃土層頂面，在自重濕陷性黃土場地，取工程所在地區的β0值。

（2）總濕陷量應自基礎底面（如基底標高不確定時，自地面下1.5m）算起;在非自重濕陷性黃土場地，累計至基底下10m（或地基壓縮層）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（10m以下為δzs）小于0.015的土層不累計。一般以探井數據為準，且取樣間距宜為1.00m。

5.4?濕陷起始壓力的應用。

濕陷起始壓力對判定黃土是

否具自重濕陷性有重要參考作用。一般情況下，在自重濕陷性黃土場地，其濕陷起始壓力總是低于該土的飽和自重壓力，在非自重濕陷性黃土場地，濕陷起始壓力通常不小于該土的飽和自重壓力。對濕陷性黃土場地來說，濕陷起始壓力大小對基礎設計及地基處理也有一定的指導作用。

6. 結束語

（1）濕陷性黃土屬特殊性巖土，不經處理一般不能直接作基礎持力層，以免造成工程事故。黃土分布區的巖土工程勘察工作，應嚴格按照《濕陷性黃土地區建筑規范》有關規定執行，并宜布適量探井，以探井數據評價場地的地基濕陷等級。

（2）濟南市南部山麓廣泛分布黃土。一般情況下，場地的地基濕陷等級為Ⅰ級（輕微），屬非自重濕陷性黃土場地。

參考文獻

[1]?中華人民共和國國家標準.濕陷性黃土地區建筑規范（GB50025-2004）[S]. 中國建筑工業出版社.2004.

[2]?中華人民共和國國家標準.土工試驗方法標準（GB/T50123-1999）[S]. 中國建筑工業出版社.1999.

[3]?中華人民共和國國家標準.巖土工程勘察規范（GB50021-2001）（2009年版）[S]. 中國建筑工業出版社.2009.

[4]?王汝秀.濟南市區濕陷性黃土的分布及特征[C].2002年全國巖土工程測試技術交流會論文集.2002.11.