典型黃土區(qū)某移民新村地基下陷成因與防治措施

陳國(guó)富

（1.甘肅省核地質(zhì)二一九大隊(duì)，甘肅 天水 741000；2.核工業(yè)天水工程勘察院有限公司，甘肅 天水 741000）

1 概述

中國(guó)西北地區(qū)廣泛分布大厚度黃土層，甘肅中東部黃土分布面積約為12 km2，區(qū)內(nèi)分布的黃土丘陵地貌為其典型的地貌類(lèi)型。而黃土濕陷是指在一定的壓力下受水侵蝕，黃土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，土體產(chǎn)生顯著附加下沉的現(xiàn)象[1]，濕陷性是黃土的主要力學(xué)特征，在黃土地區(qū)巖土工程勘察過(guò)程中必須對(duì)黃土層的濕陷性進(jìn)行評(píng)價(jià)。近年來(lái)，因工程建設(shè)對(duì)涉及濕陷性黃土的相關(guān)工程問(wèn)題研究成果頗豐，而對(duì)黃土濕陷的研究多集中于黃土力學(xué)指標(biāo)分析評(píng)價(jià)[2-4]，濕陷性黃土地基處理等領(lǐng)域[5-7]。

文章以甘肅隴西地區(qū)某一新建移民新村為研究對(duì)象，工程區(qū)屬典型黃土丘陵溝壑區(qū)，黃土層厚度大，具有明顯的地域性特征，2019年7月，因受強(qiáng)降雨天氣影響，該新村黃土地基下陷導(dǎo)致建構(gòu)筑物破壞變形，通過(guò)在工程區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查、采用工程地質(zhì)鉆探結(jié)合刻槽取樣并分析匯總，探析典型黃土區(qū)的地基下陷成因，為以類(lèi)似地質(zhì)背景的工程項(xiàng)目地基處理提供理論借鑒與防治建議。

2 工程概況

工程區(qū)為移民搬遷新建村莊，新村所在地貌類(lèi)型為典型的黃土丘陵溝壑區(qū)，在新村建設(shè)中對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行削坡填溝整平，場(chǎng)地整平后進(jìn)行新村建設(shè)，新村沿東西向平行布置居民房6排共38戶，房高均為1層。

2019年6月以來(lái)，工程區(qū)新村所在的地區(qū)連續(xù)遭遇數(shù)場(chǎng)強(qiáng)降雨天氣，基礎(chǔ)建設(shè)尚不完善的房屋因雨水入滲導(dǎo)致黃土地基失陷下沉，埋設(shè)于地下的排水管道因土體下陷而變形破裂，管道中水的滲出加劇新村房屋地基土下陷，使新村一些房屋發(fā)生不同程度的地基沉陷，導(dǎo)致墻體開(kāi)裂、變形（圖1、圖2），在一定程度上威脅到當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全。

圖1 新村房屋墻體開(kāi)裂

圖2 新村房屋墻體變形

3 工程區(qū)土試樣特征

在工程區(qū)開(kāi)展調(diào)查、勘察過(guò)程中，場(chǎng)地內(nèi)共布置3口人工探井及6個(gè)鉆孔；經(jīng)過(guò)對(duì)工程區(qū)場(chǎng)地的調(diào)查與場(chǎng)地地層勘探情況，將場(chǎng)地地層自上而下分為:①填土（第四系人工填土層）和②黃土（第四系風(fēng)積層），工程區(qū)內(nèi)各土層分布情況見(jiàn)表1。

表1 工程區(qū)地層分布匯總表

勘察過(guò)程中通過(guò)從探井中利用人工刻槽取樣的方法共獲取I級(jí)原狀土樣31件，從鉆孔巖芯中獲取II級(jí)輕微擾動(dòng)土試樣13件，送至土工實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土常規(guī)分析測(cè)試試驗(yàn)，各層土工試驗(yàn)相關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 巖（石）土的物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，場(chǎng)地內(nèi)分布的填土、黃土均具濕陷性。

（1）填土：黃褐色，稍密—密實(shí)，稍濕，土質(zhì)不均勻，該層填土局部具有濕陷性。勘查過(guò)程中采取探井側(cè)壁取原狀樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明填土濕陷系數(shù)介于0.005～0.030，自重濕陷系數(shù)介于0.003～0.015，最大濕陷土層厚度位于填土層底部。

（2）黃土：該層黃土具有濕陷性。勘察中采取探井側(cè)壁取原狀樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明在探井勘探深度范圍內(nèi)所取樣品黃土濕陷系數(shù)介于0.014～0.065，自重濕陷系數(shù)介于0.009～0.037，最大濕陷土層厚度在4.0～5.0 m左右，土層濕陷性厚度變化較大。

由于填土層垂向分布于黃土層之上，場(chǎng)地內(nèi)土體濕陷性計(jì)算采用累計(jì)總和法，計(jì)算場(chǎng)地內(nèi)土體總濕陷量為172.50～327.00 mm，自重濕陷量為79.50～151.50 mm，場(chǎng)地屬Ⅱ級(jí)自重濕陷性地基土，濕陷等級(jí)為中等。

4 地基下陷成因探析

根據(jù)工程區(qū)場(chǎng)地的地貌特征、土體特性、新村建設(shè)中地基處理方式及降雨等因素，對(duì)工程區(qū)地基沉降等問(wèn)題進(jìn)行分析考慮，導(dǎo)致工程區(qū)房屋地基沉陷的成因主要有：土體結(jié)構(gòu)特征、地形地貌條件、強(qiáng)降雨天氣及人為地基處理方式不當(dāng)?shù)取?/p>

4.1 土體結(jié)構(gòu)特征

工程區(qū)所在場(chǎng)地地層主要為黃土的地層結(jié)構(gòu)，黃土層厚度大，根據(jù)土試樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果，區(qū)內(nèi)黃土具有自重濕陷性，濕陷性黃土主要特征表現(xiàn)為土體結(jié)構(gòu)疏松，具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，遇水易軟化而發(fā)生沉陷。黃土垂直節(jié)理發(fā)育和大孔隙利于雨水入滲，土體遇水極易崩解，產(chǎn)生落水洞、沉陷、裂隙等（圖3），加劇雨水滲漏導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)破壞，在地下一定深度范圍落水洞、地裂縫連通，形成地下土洞，入滲水往往在連通區(qū)富集，通過(guò)連通孔隙從低處的坡面流出，在流動(dòng)過(guò)程中不斷侵蝕、浸濕，土洞規(guī)模不斷增大，在強(qiáng)降雨或地震等條件下土體受自身重力作用易失穩(wěn)產(chǎn)生裂縫、沉陷。這是導(dǎo)致工程區(qū)新建村莊發(fā)生水毀，地基沉陷的主要原因。

圖3 場(chǎng)地黃土層垂直節(jié)理發(fā)育

4.2 地形地貌條件

工程區(qū)地貌類(lèi)型屬黃土丘陵溝壑地貌，場(chǎng)地周邊因流水沖刷切割，沖溝因溝底受地形所限或因修筑公路等原因，阻擋沖溝中地表水徑流，在碟形洼地匯水處因水流縱向入滲及沖蝕形成漏斗或落水洞（圖4），在強(qiáng)降雨條件下，溝谷匯集的水流在地下蝕空區(qū)富集，流動(dòng)過(guò)程中不斷侵蝕、浸濕，導(dǎo)致地下土洞規(guī)模不斷增大，使土洞以上的土體受自身重力作用而失穩(wěn)產(chǎn)生裂縫或沉陷。進(jìn)而影響地表的建筑物地基基礎(chǔ)不均勻沉陷，這是導(dǎo)致工程區(qū)民房建筑發(fā)生水毀，地基沉陷的內(nèi)在原因之一。

圖4 場(chǎng)地北側(cè)新發(fā)育的落水洞

4.3 強(qiáng)降雨天氣

根據(jù)中國(guó)天氣網(wǎng)氣象資料，工程區(qū)所在的區(qū)域自2019年6—7月中旬累計(jì)降雨量達(dá)到140 mm，連續(xù)發(fā)生數(shù)場(chǎng)強(qiáng)降雨天氣造成場(chǎng)地地表積水匯流，地表匯流對(duì)地表進(jìn)行沖蝕或沿黃土節(jié)理面、落水洞等處下滲，是導(dǎo)致新建村莊地基下陷的直接誘因。

4.4 場(chǎng)地平整及地基處理方式

經(jīng)調(diào)查，該新村在建設(shè)過(guò)程中是在原地削坡填溝進(jìn)行場(chǎng)地平整，通過(guò)實(shí)地勘察和調(diào)查，在場(chǎng)地平整過(guò)程前因場(chǎng)地自西北向東南橫向發(fā)育一條瓦片狀洼地，洼地中發(fā)育的沖溝連接到南側(cè)大的黃土沖溝，洼地自西北向東南逐漸加深，深度介于0.5～5.0 m，在該洼地和沖溝回填過(guò)程中對(duì)填土方中下部未進(jìn)行壓實(shí)處理，土體處于欠固結(jié)狀態(tài)，導(dǎo)致后期土體因雨水入滲而導(dǎo)致該部分回填土沉降下陷，一定程度上影響到建于填方上部因地基沉降而發(fā)生房屋不同程度變形及墻體開(kāi)裂等現(xiàn)象。

在新村建設(shè)過(guò)程中，只對(duì)房屋地基以下1.0 m范圍內(nèi)地基做了處理，對(duì)圍墻地基基本未作處理，擬建物從地表面直接砌筑，并沒(méi)有考慮到對(duì)建筑物基底濕陷性黃土的處理，在強(qiáng)降雨天氣等因素影響下，導(dǎo)致建筑物地基因黃土濕陷而發(fā)生不均勻沉降，圍墻墻體與房屋交界處因變形產(chǎn)生開(kāi)裂。因地基土下陷導(dǎo)致場(chǎng)地內(nèi)地底埋設(shè)的排水管道變形破裂，管道中水滲出，進(jìn)一步加劇場(chǎng)地地基的下陷破壞。

5 地基下陷防治措施

在工程建設(shè)中對(duì)濕陷性黃土地基的處理至關(guān)重要，工程建設(shè)前需嚴(yán)格依照勘察設(shè)計(jì)要求，根據(jù)場(chǎng)地黃土濕陷性等級(jí)及濕陷土層厚度對(duì)其場(chǎng)地地基進(jìn)行處理。新建村莊項(xiàng)目在建設(shè)中對(duì)濕陷性黃土地基處理不徹底或未作處理，在強(qiáng)降雨天氣條件下地基進(jìn)水導(dǎo)致地基下陷，地上房屋開(kāi)裂變形，一定程度上對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆?cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，因地上建構(gòu)筑物已基本完成建設(shè)，對(duì)開(kāi)裂變形處房屋濕陷性黃土地基補(bǔ)救處理難度大，結(jié)合工程實(shí)際情況，對(duì)場(chǎng)地濕陷性黃土地基可采取以下措施進(jìn)行防治。

（1）設(shè)截排水渠，以確保強(qiáng)降雨條件下將新村場(chǎng)地上游一帶黃土溝中地表水合理地截取或排出，避免再次流入居民區(qū)對(duì)房屋地基沖刷，加劇危害程度。

（2）對(duì)場(chǎng)地周邊能影響到場(chǎng)地的落水洞、陷穴、陷坑、坑洞等應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回填壓實(shí)，防止水流灌入，避免進(jìn)一步對(duì)新村地基底部蝕空或?qū)е碌叵峦炼匆?guī)模不斷增大。

（3）在條件允許的條件下，盡可能對(duì)場(chǎng)地地表進(jìn)行硬化處理，特別是對(duì)居民區(qū)院落及周邊道路應(yīng)進(jìn)行地表硬化或夯實(shí)，防止地表水入滲進(jìn)一步造成房屋地基下陷。

（4）應(yīng)對(duì)新村水毀區(qū)域?qū)嵤┳冃巍⒊两导傲芽p監(jiān)測(cè)，并做好相關(guān)記錄，以確保當(dāng)?shù)鼐用裆?cái)產(chǎn)安全。

6 結(jié)語(yǔ)

濕陷性黃土地區(qū)在進(jìn)行工程建設(shè)過(guò)程中對(duì)黃土濕陷性的處理至關(guān)重要，因此，在項(xiàng)目建設(shè)的勘察設(shè)計(jì)階段對(duì)濕陷性黃土的濕陷等級(jí)、濕陷土層厚度的調(diào)查、試驗(yàn)及分析工作必不可少；濕陷性黃土由于大孔隙、垂直節(jié)理發(fā)育等特性，土體遇水后極易發(fā)生濕陷變形而導(dǎo)致地基沉降，因此，對(duì)濕陷性黃土場(chǎng)地的截排水及防水工作異常重要，盡可能減少地表水體匯集下滲導(dǎo)致黃土地基濕陷變形。項(xiàng)目屬黃土地基進(jìn)水導(dǎo)致下陷，地上房屋變形的典型案例，對(duì)濕陷性黃土地基沉降導(dǎo)致房屋開(kāi)裂變形進(jìn)行成因分析與防治建議，旨在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的同時(shí)，為今后類(lèi)似的黃土地基處理提供借鑒。