柴 宏 趙帥鵬 李錦銘 殷占忠

（1蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；2寧夏建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站，寧夏 銀川 750001）

蘭西幼兒園位于蘭州市七里河區(qū)，面積約為1000平方米。園內(nèi)有兩棟教學(xué)樓，其中靠南側(cè)的教學(xué)樓平面布置為L(zhǎng)型，地上七層，框架結(jié)構(gòu)；靠西側(cè)教學(xué)樓平面布置為一字型，地上三層，框架結(jié)構(gòu)。2015年，幼兒園院內(nèi)靠西側(cè)教學(xué)樓一側(cè)地面出現(xiàn)局部下沉，下沉面積約有150平方米左右，沉降幅度較大，目測(cè)有裂縫產(chǎn)生。蘭州理工大學(xué)接受委托對(duì)該幼兒園操場(chǎng)的地基進(jìn)行檢測(cè)并處理。

本次檢測(cè)目的是在認(rèn)真分析區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，針對(duì)場(chǎng)地沉降特征進(jìn)行詳勘找出沉降原因，其主要任務(wù)是：1）查明地面沉降的特征、成因、分布范圍、發(fā)展趨勢(shì)和危害程度，提出治理方案。2）查明地面局部沉降范圍內(nèi)黃土的類(lèi)型、年代、成因、分布范圍、工程特性，分析和評(píng)價(jià)地基的穩(wěn)定性、均勻性和承載能力，提出地基處理方案[1-2]。3）查明對(duì)場(chǎng)地有影響的地表水體的分布、水位、水深、水質(zhì)、防滲措施、淤積物分布及地表水與地下水的水力聯(lián)系等，分析地表水體對(duì)沉降造成的危害。4）查明地下水的埋藏條件，提供場(chǎng)地的地下水類(lèi)型、勘察時(shí)水位、水質(zhì)、巖土滲透系數(shù)、地下水位變化幅度等水文地質(zhì)資料，分析地下水對(duì)地基的作用，提出地下水控制措施。5）判定地下水對(duì)場(chǎng)地的腐蝕性。6）分析工程周邊環(huán)境與工程的相互影響，提出環(huán)境保護(hù)措施的建議。

1 地質(zhì)勘探分析

1.1 工程鉆探

本次工程勘察鉆探嚴(yán)格按照勘察大綱的鉆探技術(shù)要求及《工程地質(zhì)鉆探事前指導(dǎo)書(shū)》進(jìn)行。鉆探設(shè)備采用電動(dòng)洛陽(yáng)鏟1臺(tái)，由現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)人員對(duì)各個(gè)鉆孔的巖芯進(jìn)行編錄和拍照。鉆探按設(shè)計(jì)要求采集了擾動(dòng)卵石樣、原狀砂巖樣和水質(zhì)分析樣，并進(jìn)行了相關(guān)的原位測(cè)試工作。對(duì)勘探點(diǎn)編號(hào)按照勘察大綱的要求統(tǒng)一進(jìn)行?？碧近c(diǎn)布置按照《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001(2009年版)的有關(guān)規(guī)定[3]，并根據(jù)委托單位提供的地質(zhì)資料等進(jìn)行布置，分別鉆孔4個(gè)，勘探點(diǎn)平面布置圖如圖1?？碧近c(diǎn)標(biāo)號(hào)為T(mén)J1～4，TJ表示探井，直線表示觀測(cè)路徑。假定TJ1處地面高程為100.00，其他各勘察點(diǎn)均由此點(diǎn)引測(cè)。

場(chǎng)地在勘探深度范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地下水，可不考慮地下水對(duì)場(chǎng)地沉降的影響。

結(jié)合下沉區(qū)域地質(zhì)勘探的鉆孔情況，為查明防空洞大小、埋深及分布，還需在地面布置釬探點(diǎn)。同時(shí)判斷是否是廢棄防空洞頂板發(fā)生變形或位移造成地面沉降，為后續(xù)是否對(duì)防空洞進(jìn)行加固處理提供依據(jù)。根據(jù)釬探孔檢測(cè)結(jié)果，操場(chǎng)下沒(méi)有防空洞，場(chǎng)地土質(zhì)和勘探結(jié)果一致，圖2釬探孔布置圖。

圖1 勘探點(diǎn)平面布置圖

圖2 釬探孔布置圖

1.2 地質(zhì)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)資料，在勘探深度范圍內(nèi)，所揭露地層自上而下依次為：人工填土、粉土2個(gè)工程地質(zhì)層，分述如下：

①-1層：雜填土（Q4ml）雜色，稍濕，稍密～濕。主要成分為粉土，夾雜砂礫、塊石、碎磚塊、煤渣、白灰等建筑、生活垃圾。該層層厚1.20～1.40m。

①-2層：素填土，灰褐色，稍密，稍濕～濕（局部2.2～4.0m段含水量較大，土質(zhì)很濕，TJ3局部段飽和），主要成分為粉土，雜質(zhì)成分較少，雜有少量的植物根系、桿經(jīng)，偶見(jiàn)塊石，濕陷性土，濕陷到底。該層層厚5.50～7.30m，層面埋深1.20～1.60m。

②層：粉土（Q4al+pl）黃褐色-灰褐色，稍濕-濕，稍密，場(chǎng)地內(nèi)連續(xù)分布，該層上部含少量植物根系，土質(zhì)不均勻，局部夾有粉質(zhì)粘土薄層，搖振反應(yīng)中等，無(wú)光澤反應(yīng)，韌性低，干強(qiáng)度低，濕陷性土，濕陷性逐漸消失。層面埋深6.70～8.80m。

該場(chǎng)地位于蘭州，其粉土顆粒占總重量約50%～70%，濕陷系數(shù)大于0.015，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘探情況，判定該土質(zhì)為濕陷性黃土。濕陷性黃土是一種十分特殊的土質(zhì)，俗稱(chēng)大孔土，主要分布于我國(guó)陜甘寧等缺水少雨的干旱地區(qū)。屬砂壤土的范疇，砂壤土的粘土含量為12.50%～25%,壤土的粘土含量為25%～37.50%，而濕陷性黃土的顆粒組成中粘粒的含量為8%～26%，屬于砂壤土，但其性質(zhì)與砂壤土又有所不同：①在天然狀態(tài)下具有肉眼能看見(jiàn)的大孔隙，孔隙比一般大于1，并常有由于生物作用所形成的管狀孔隙，天然剖面呈豎直節(jié)理、顆粒粗，土質(zhì)干燥；②顏色在干燥時(shí)呈淡黃色，稍濕時(shí)呈黃色，濕潤(rùn)時(shí)呈褐黃色；③土中含有石英、高嶺土成分、含鹽量大于0.30%，有時(shí)含有石灰質(zhì)結(jié)核；④吸水及透水性較強(qiáng)，塑性粘聚力差，水流沖刷易形成溝壑，不易粘結(jié)，土樣浸入水中后，很快崩解，同時(shí)有氣泡冒出水面；⑤在干燥狀態(tài)下，有較高的強(qiáng)度和較小的壓縮性，由于土質(zhì)豎直方向分布的小管道幾乎能保持豎立，邊坡遇水后，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞發(fā)生顯著的附加下沉，產(chǎn)生嚴(yán)重濕陷[4]。這種土質(zhì)的地基處理與其它土質(zhì)相比，施工難度大，進(jìn)度慢，程度復(fù)雜，耗用時(shí)間長(zhǎng)。

治療組術(shù)后1 d眼壓明顯低于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),兩組患者術(shù)后3、7 d眼壓比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

1.3 原位測(cè)試分析

1.3.1 密度與含水量分析

本次檢測(cè)在兩個(gè)探井內(nèi)采用刻槽法從粉土層1.0～2.0m范圍內(nèi)取擊實(shí)樣2組，進(jìn)行輕型擊實(shí)試驗(yàn)，分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)列于表1。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)1.0m、2.0m處擊實(shí)試驗(yàn)、土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，經(jīng)計(jì)算可得現(xiàn)場(chǎng)1.0m、2.0m處實(shí)際壓實(shí)系數(shù)分別為0.78、0.81。干密度與含水率曲線如圖3、圖4。

表1 擊實(shí)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

1.3.2 承載力與變形參數(shù)

根據(jù)土工試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)成果及現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試結(jié)果，依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011），并結(jié)合地區(qū)建筑經(jīng)驗(yàn)[5]，綜合確定各擬建場(chǎng)地內(nèi)各層地基土的承載力特征值與壓縮變形指標(biāo)分述如下。

2 取樣室內(nèi)分析

根據(jù)大綱的要求，對(duì)黏性土采取原狀土樣，主要通過(guò)探井采集樣品，輔以150mmx200mm黃土薄壁無(wú)襯取土器靜壓取樣，取樣質(zhì)量等級(jí)為Ⅰ級(jí)。

圖3 TJ3#干密度與含水率曲線

圖4 TJ4#干密度與含水率曲線

2.1 黃土主要物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試

本次勘察在①-2素填土層，②粉土層中采取原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試（詳見(jiàn)土工試驗(yàn)成果表）,其主要物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)如表3、表4。

對(duì)主要工程特性做如下評(píng)價(jià)：天然含水量狀態(tài)下的壓縮系數(shù)a1-2=0.14～0.96MPa-1、平均0.42MPa-1，壓縮模量Es1-2=2.19～12.35MPa、平均5.87MPa。依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）第4.2.6條，素填土在自然含水量狀態(tài)下呈中-高壓縮性。

2.2 地基土腐蝕性分析

本次勘察在工程區(qū)域內(nèi)共在2個(gè)鉆孔內(nèi)取1件易溶鹽土樣進(jìn)行室內(nèi)分析詳見(jiàn)（土樣分析報(bào)告單）：根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001，2009版），在環(huán)境類(lèi)型為Ⅲ類(lèi)的弱透水土層中，地基土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，其地基土腐蝕性評(píng)價(jià)詳如表5、表6。

2.3 地基土濕陷性分析

表2 承載力特征值及壓縮變形參數(shù)建議值

為評(píng)價(jià)場(chǎng)地地基土的濕陷性，采取原狀樣進(jìn)行濕陷性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)附表，濕陷性土判定表見(jiàn)濕陷性評(píng)價(jià)計(jì)算表。各探井的濕陷量匯總結(jié)果如表7。

經(jīng)綜合分析，場(chǎng)地應(yīng)按自重濕陷性場(chǎng)地考慮，濕陷等級(jí)按Ⅱ級(jí)（中等）考慮。

3 沉降原因分析

濕陷性黃土受水浸濕后，在上覆土層自重應(yīng)力作用下發(fā)生濕陷。黃土濕陷的原因常由于管道漏水，地面積水，生產(chǎn)和生活用水等滲入地下，或由于降水量較大，灌溉渠和水庫(kù)的泄露或回水使地下水位上升等原因而引起。但受水浸濕只是濕陷發(fā)生所必須的外界條件，而黃土的結(jié)構(gòu)特征及物質(zhì)成分是產(chǎn)生濕陷性的內(nèi)在原因。

由黃土濕陷性機(jī)理得出該場(chǎng)地內(nèi)地面下沉主要原因可能有三：一是由于土體為濕陷性黃土，場(chǎng)地內(nèi)給排水管網(wǎng)漏水造成黃土濕陷而引起地面下沉；二是場(chǎng)地內(nèi)地表水排水不暢導(dǎo)致積水引起滲漏；三是場(chǎng)地內(nèi)防空洞頂板變形或發(fā)生位移造成的地面沉降。

首先，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)自來(lái)水井、地下水井、排污井和管道進(jìn)行排查，并未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，故排除自來(lái)水井、地下水井、排污井和管道滲入引起的地面沉降。

其次，經(jīng)過(guò)釬探，場(chǎng)地內(nèi)并無(wú)因防空洞塌陷引起的下沉，同時(shí)根據(jù)下沉形狀判斷，并非局部塌陷引起的下沉，故排除原因三。

另外，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，TJ3#勘探點(diǎn)附近有一集水井，井內(nèi)一直存有積水。再由相關(guān)數(shù)據(jù)可知，各勘探點(diǎn)隨著深度加深，其含水率呈現(xiàn)先增加后減小趨勢(shì)，說(shuō)明該場(chǎng)地的土質(zhì)情況是中間層濕潤(rùn)，而頂層和底層含水量小，呈紡錘型。故推斷該場(chǎng)地沉降也不是由地下水引起的。再結(jié)合各勘探點(diǎn)的地面沉降量和含水率,各勘探點(diǎn)沉降量大小：TJ3＞TJ4＞TJ2＞TJ1；同一深度下土質(zhì)含水率：TJ3≈TJ2＞TJ4＞TJ1，由于TJ3挖到4m時(shí)成淤泥土而停止開(kāi)挖，TJ2的含水率5m時(shí)含水率縮減到20%，因此可以判定隨著深度的增加TJ3的含水量較大。因此該場(chǎng)地下沉原因應(yīng)為地表水滲入導(dǎo)致的。

表3 素填土主要物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

表4 粉土（Q4al+pl）主要物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

表5 土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)

表6 土對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕性評(píng)價(jià)

表7 場(chǎng)地濕陷量匯總表

取同一深度下的黃土，研究其含水率和壓縮系數(shù)。為方便對(duì)比，取4m深度的黃土進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明勘探點(diǎn)沉降量不同是由于土體壓縮度不同所致。各勘探點(diǎn)土的含水率、壓縮系數(shù)見(jiàn)圖5、圖6。圖7為各勘探點(diǎn)的沉降量。

最后，根據(jù)業(yè)主單位提供的資料，該場(chǎng)地的沉降在空間上有一定的連續(xù)性，在時(shí)間上有一定的持續(xù)性，2015年開(kāi)始發(fā)生局部沉降，沉降幅度明顯。但最近一年沉降量幅度變小，基本無(wú)明顯變化，說(shuō)明該場(chǎng)地濕陷性黃土趨于穩(wěn)定。

圖5 各勘探點(diǎn)土的含水率

圖6 各勘探點(diǎn)土的壓縮系數(shù)（MPa-1）

圖7 各勘探點(diǎn)處地面沉降量（cm）

結(jié)合以上情況以及現(xiàn)場(chǎng)勘探情況、濕陷情況、土質(zhì)含水量以及土層壓縮系數(shù)等指標(biāo)，判定場(chǎng)地處集水井處發(fā)生地表水滲入，導(dǎo)致場(chǎng)地內(nèi)的濕陷性黃土發(fā)生不均勻沉降。

4 結(jié)論與建議

根據(jù)檢測(cè)，TJ3#勘探點(diǎn)地面沉降量為44.2cm，TJ2#勘探點(diǎn)地面沉降量為34.2cm，TJ2#勘探點(diǎn)地面沉降量為24.2cm，TJ1#勘探點(diǎn)地面沉降量為4.2cm,各勘探點(diǎn)沉降量大小：TJ3＞TJ4＞TJ2＞TJ1。其中場(chǎng)地以TJ3#勘探點(diǎn)為中心呈現(xiàn)漏斗狀。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察、計(jì)算濕陷量、壓縮系數(shù)和含水量等指標(biāo)，該場(chǎng)地發(fā)生不均勻沉降的主要原因是由于場(chǎng)地沉降最嚴(yán)重處有一個(gè)集水井，且集水井滲漏導(dǎo)致附近土質(zhì)含水量最高（接近30%），引起場(chǎng)地內(nèi)的濕陷性黃土發(fā)生以該處為中心的漏斗狀沉降，因此該場(chǎng)地下沉原因應(yīng)為地表水滲入而引起。

根據(jù)對(duì)各勘探點(diǎn)的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該場(chǎng)地的含水率基本在25%以上且濕陷的深度達(dá)到13m。場(chǎng)地周邊為幼兒園教學(xué)樓，考慮其安全性需要對(duì)該操場(chǎng)地基進(jìn)行加固處理。

處理建議：1）采用灰土擠密樁：打入鋼套管，或振動(dòng)沉管或爆擴(kuò)等方法，在土中成樁孔，然后在孔中分層填入素土（或灰土）并夯實(shí)而成。在成孔和夯實(shí)過(guò)程中，原處于樁孔部位的土全部擠入周?chē)翆又?，使距樁周一定距離內(nèi)的天然土得到擠密，從而消除樁間土的濕陷性并提高承載力[6-7]。2）對(duì)TJ3#勘探點(diǎn)附近的集水井重新進(jìn)行防水處理，積極疏通引導(dǎo)水流，防止出現(xiàn)積水。同時(shí)，做好整個(gè)場(chǎng)地的排水、防水工作，防止發(fā)生濕陷而造成建筑物損壞。