趙鐵峰

河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊 450016

濕陷性黃土場地地質(zhì)災害危險性評估探析

趙鐵峰

河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊 450016

河南西部是我國濕陷性黃土分布的主要地區(qū)之一， 黃土總厚度約0～94m，濕陷性黃土厚度約0～10m，豫西黃土堆積從第四紀中更新世開始，直到全新世都有堆積。(1)全新世黃土(Q4eol)：褐灰色亞砂土，土壤結構清晰的現(xiàn)代耕作層和全新世古土壤(S0)，厚度小于1.0m。(2)晚更新世馬蘭組黃土(Q3

eol)：包括1層黃土(L1)和1層紅褐色古土壤(S1)，黃土厚度小于10m，土質(zhì)疏松多孑L，古土壤厚度0.4～1.0m。(3)中更新世離石組黃土(Q2eol)：平行整合于馬蘭黃土之下，厚度34.91～70.0m，其中含7層紅褐色古土壤(s2 ～S8)，層序清晰完整，第五層古土壤(S )由密集的三個單層合成(紅三條)，土壤結構清晰，各土層下均有含鈣結核(層)。

濕陷性黃土；評估；防治

1.黃土的物理力學性質(zhì)

不同時期、不同地帶黃土堆積環(huán)境、地理、地質(zhì)和氣候條件的不同，導致黃土在厚度、物理、力學性質(zhì)等方面都有明顯的差異，如豫西黃土的濕陷性具有從塬區(qū)到高階地再到低階地逐漸減弱的規(guī)律；從老到新呈現(xiàn)逐漸、增強的趨勢。豫西黃土主要分布在黃河南岸，一般為非自重濕陷性黃土，粉粒含量較高，濕陷敏感性弱，濕陷量不大。但在黃土厚度較厚的地方分布有自重濕陷性黃土性與區(qū)內(nèi)中心城鎮(zhèn)的工程建設關系密切。黃土的物理力學性質(zhì)見表1。

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濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔隙和垂直節(jié)理，在天然濕度F，其壓縮性較低，強度較高，但遇水浸濕時，上的強度顯著降低，在附加壓力或在附加壓力與上的白蘑壓力下引起的濕陷變形，是一種F沉量大、下沉速度快的失穩(wěn)性變形，對建筑物危害性大。采用擠密樁法用于處理濕陷性黃土地基“J”，可有效地消除土的濕陷性和提高地基承載力。鉆孔擠密樁（21復合地基）又稱鉆孔夯擴擠密復合樁、孔內(nèi)深層強夯(DDC工法)HJ，是對所需處理的地基預鉆孔，然后向孔內(nèi)投料，再用特制重錘在孔內(nèi)夯實，使填料側向擠壓，從側向擠密上或將填料側向擠入(摻入與置換)土層中。本文主要針對某擬建電廠工程的濕陷性黃土地基開展的現(xiàn)場原體試驗，重點進行了自然工況和浸水工況下的試驗研究，對地基處理效果進行了綜合評價。

2.濕陷性黃土地基治理

勘察成果(巖土工程勘察報告)，除了對場地進行工程性質(zhì)評價外，還應在報告中提出供設計人員選擇的經(jīng)濟合理、安全可靠、技術可行的地基處理措施和地基基礎方案，同時提供相應的地基設計參數(shù)。目前，豫西地區(qū)所采取的地基處理方法較多，常用的主要有墊層、重錘夯、強夯、灰土樁、土樁、碎石樁等，近些年來樁、墩基礎也越來越多，從勘察、設計、施工、檢驗都取得了較好的地區(qū)經(jīng)驗。濕陷性黃土地基處理的要求，在國標《規(guī)范》GB50025—2004中對各類建筑(甲、乙、丙、丁)有詳細的規(guī)定。豫西建筑地基一般屬I級非自重濕陷性黃土地基，《規(guī)范》中規(guī)定，I級濕陷性黃土地基上的丙類單層建筑可不處理地基，但我們認為應采取結構措施和基本防水措施。據(jù)洛陽市已建建筑物調(diào)查情況，凡是未做地基處理的，不管是否采取了結構措施和基本防水措施，大部分建筑物不同程度地出了問題。如洛陽市五十、六十年代的房屋建筑大部分都開裂變形，尤其在新近堆積黃土狀土地基上的房子長高比大于3的百分之九十以上開裂，長高比小于3大于2.5的大都有開裂(磚混結構)。八十年代以前的丙類建筑(洛陽市)大部分沒做地基處理，現(xiàn)在大部分都發(fā)生了開裂變形。另據(jù)機械四院資料介紹，該院1963年所建房屋，屬I級非自重濕陷性黃土地基，地基采用灰土墊層處理，1976年以前全部完好，而后都相繼產(chǎn)生了不同程度的開裂。究其原因，主要是基本防水措施在設計、施工中存在問題，或因年久失修，如下水管道破漏，造成地基浸水，建筑物產(chǎn)生不均勻沉降，致使建筑物開裂。因此，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗，在I級濕陷性黃土地基上的丙類建筑地基也需要處理，尤其是新近堆積黃土地基更需處理，以免建筑物遭受變形破壞。本地區(qū)常用的地基處理方法簡述如下：

(1)墊層法：在本地區(qū)丙類建筑物中常用，孟津縣約90% 以上的多層建筑物都采用墊層法處理，很好保證了建筑物安全。在黃土規(guī)范中對墊層法做了詳細的規(guī)定，分為局部墊層和整體墊層，根據(jù)施工經(jīng)驗，當采用局部墊層處理時，在有上、下水道的地方墊層(灰土等)要厚一些，一般不小于30em，最厚1.5～2.5m。有時為了提高地基承載力，調(diào)整地基不均性，設置較厚的整片墊層，如洛銅小區(qū)商住樓，洛財7層商住樓，及上陽宮小區(qū)商住樓均采用整片厚墊層法處理，效果很好。

(2)擠密樁法：本地區(qū)一般采用沉管擠密法，可分為碎石擠密樁法和灰土(素土)擠密樁法，在洛陽市、洛寧縣、偃師市等地廣泛應用，除用于乙、丙類建筑外，還用于甲類建筑，這種方法不僅可消除較厚的濕陷性土層的濕陷性，又可提高樁間土的承載力，本地區(qū)樁長3～5m，樁位布置按規(guī)范要求執(zhí)行。在勘察工作中，應考慮若有可能采用擠密樁處理，就應對需處理的土層做擊實試驗，提供最大干容重作為設計依據(jù)。

(3)掏土成孔樁法：此種方法沒有擠密作用，主要目的是為提高地基承載力，在丙類建筑中應用越來越廣，尤其是在飽和黃土或高濕度黃土地基中廣泛應用，如洛陽、偃師、鞏義等地，其布樁方案形式多樣，以樁土置換率m來控制。這種復合地基的成敗與否關鍵在于回填夯實的質(zhì)量，灰土回填壓實系數(shù)，各部門規(guī)范有不同規(guī)定。多年來研究認為，本地區(qū)一般壓實系數(shù)應為0.93～0.96(探井大環(huán)刀取樣測定)，值得重視的是在灰土樁之上，必須做灰土墊層，以減少樁土應力比，充分發(fā)揮樁間土的作用。設計和施工中還應特別注意嚴格執(zhí)行操作程度，保證施工質(zhì)量。

(4)強夯法：近年來，強夯法在處理位于地下水位以上濕陷性場地的各類建筑物中廣泛應用，如洛陽、孟津、偃師、新安等地多次使用，效果良好，首陽山電廠在灰壩地基處理中采用強夯法，取得了很滿意的效果，至今壩基安全穩(wěn)定。

(5)樁基礎處理法：灌柱樁在本地區(qū)廣泛應用于乙、丙類建筑中，值得注意樁的摩阻力應按飽和狀態(tài)取值，在高孔隙比的黃土中，地基浸水后摩阻力很低。樁底端應支撐在壓縮性較低的非濕陷性土層或基巖中。也應注意樁徑的設計，盡量選用樁徑較小，樁長較短，入土深度較淺的布樁方案。對于甲類建筑一般用下伏的穩(wěn)定的砂卵石作為持力層。鞏義市某廠場地屬I級非自重濕陷性黃土，厚度1.5—9.0m，為不均勻地基，按條形基礎驗算，地基強度能滿足上部荷載要求，但因持力層強度及壓縮性相差較大，采用天然地基時必須采取措施控制差異沉降，最終選用人工成孔灌柱樁(嵌巖樁)，經(jīng)過多年運行，安全穩(wěn)定，建筑物運行正常。

(6)擴大墩法：大直徑擴底墩作為一種基礎形式，墩身直徑大于0.65m，采用人工開挖或機械成孔，具有施工簡便，承載力高的特點。多用于工業(yè)廠房、多層住宅、8～l0層寫字樓等建筑物，擴底墩的持力層必須是承載力較高，并有一定厚度的密實土層，其厚度不應小于擴底直徑的1.5～2.0倍，且在擴底施工中有足夠的穩(wěn)定性。一般選擇十幾米深的古土壤層作為墩的持力層，其入土深度對黏性土和砂類土不小于1.5m，砂卵石層不小于0.5m。在勘察時應對持力層作400～500kPa壓力下濕陷性試驗，無濕陷性時方可作為持力層。此外，由于單墩的承載力高，必須嚴格保證墩的施工質(zhì)量，一旦發(fā)生質(zhì)量問題，承載力達不到設計要求或留下施工隱患，將產(chǎn)生難以處理的后果。

(7)噴粉樁：噴粉樁地基是近幾年來才廣泛用于地基處理，用來消除地基的濕陷性和提高地基的承載力。本區(qū)所用噴粉樁是用水泥漿作為固結劑(水泥攪拌樁)，通過深層攪拌機在地基一定深度內(nèi)鉆進、攪拌，使水泥漿和土層充分拌和，凝結形成樁體，達到提高地基強度的目的。亦以置換率來控制(在設計施工前注意做土樣和水泥的摻和比室內(nèi)試驗及現(xiàn)場成樁試驗)。噴粉樁加固地基具有效益高、成本低、施工場地小、無環(huán)境污染等優(yōu)點，因而在地基處理應用中必將愈來愈廣泛。

3.地形地貌

評估區(qū)位于黃河三級階地前緣，地勢北高南低，東高西低，微向黃河傾斜，自然地面標高為364.21～385.49m，最大高差為21.28m。2006 年，三門峽市土地開發(fā)中心在三門峽市甘棠路西開展土地開發(fā)整理項目，由于人工削坡，形成了陡立的黃土邊坡。邊坡坡長約100m，坡寬約20～50m，坡高約13.2～20.9m，坡向分別為90°和140°，坡度近90°，邊坡北側部分有二級平臺，平臺高約6～10m，寬約0.5～1m。邊坡中部有數(shù)十處人為開挖的窯洞，距離地面約6m，窯洞深度有約3～10m，由于削坡，大部分已被黃土半充填。

4.地層

評估區(qū)地處黃河三級階地前緣，邊坡出露地層主要為第四系上更新統(tǒng)（Q3eol）黃土狀粉土、黃土狀粉質(zhì)黏土及中更新統(tǒng)（Q2eol）黃土狀粉土、黃土狀粉質(zhì)黏土。

5. 地質(zhì)構造及區(qū)域地殼穩(wěn)定性

三門峽盆地斷裂構造主要有北東向和北西向兩組，多為高角度正斷層，其中溫塘—會興斷裂為主干斷裂，走向NE48°，傾向NW，傾角55～70°，NW 盤下降，SE 盤上升，為一正斷層，斷距達3000m以上。李家凹斷裂走向近東西，斷面北傾，為控制三門峽盆地南界的主干斷裂。據(jù)三門峽市地震局資料，三門峽市及鄰近地區(qū)歷史上曾出現(xiàn)過里氏6 級以上地震，公元413～1998 年，先后發(fā)生過大小地震103次，造成破壞程度的有31 次。根據(jù)國家質(zhì)量技術監(jiān)督局發(fā)布的GB18306—2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，本區(qū)地震動峰值加速度0.15g，地震基本烈度屬Ⅶ度區(qū)，區(qū)域地殼較穩(wěn)定，應注意抗震設防。

6. 邊坡塌滑區(qū)范圍估算

依據(jù)《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB50330-2002），邊坡塌滑區(qū)范圍可按下式估算：

L=H/tgΘ

L—邊坡坡頂滑塌區(qū)邊緣至坡底邊緣的水平投影距離（m）；

H—邊坡的高度（m）；

Θ—邊坡的破裂角，Θ=45°+Φ/2;

Φ—土體的內(nèi)摩擦角。

分別對邊坡范圍內(nèi)選取七個點進行計算，根據(jù)邊坡的工程地質(zhì)條件，內(nèi)摩擦角Φ 取經(jīng)驗值=25.9°，得出tgΘ=1.60，H=13.16～20.92m。得出邊坡塌滑范圍為L=8.23～13.08m。

7. 結論與防治措施

7.1 結論

（1）三門峽市甘棠路西棉紡廠家屬院東側邊坡位于黃河三級階地前緣，巖性主要為第四系中更新統(tǒng)及上更新統(tǒng)黃土狀粉土、粉質(zhì)黏土，黃土具濕陷性。邊坡長約100m，寬約20～50m，高約13.2～20.9m，坡向90°和140°，坡度近90°，影響該邊坡穩(wěn)定性的因素主要有地質(zhì)、降雨和人為因素。目前邊坡前緣頂部有小裂縫，坡體排水系統(tǒng)受損，據(jù)此判定邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）現(xiàn)狀條件下，評估區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滑坡、泥石流、地面塌陷及地面沉降等地質(zhì)災害。評估區(qū)內(nèi)存在崩塌、地裂縫地質(zhì)災害，其中崩塌的危險性中等，地裂縫的危險性小。

7.2 防治措施

針對評估區(qū)邊坡的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，建議采取以下防治措施：

（1） 完善邊坡排水系統(tǒng)，并嚴格按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）設置排水措施。

（2）建議在邊坡前緣留有一定安全距離，禁止工程建設，以避免崩塌等地質(zhì)災害的危害。

（3）由于該邊坡高度較大，建議進行分級放坡，設置重力式擋墻進行支護，可在坡面修建護坡，對邊坡表層進行防護。

(4) 建議進行邊坡巖土工程勘查，并依據(jù)勘查成果進行工程設計。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.007