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(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性土。在一定壓力作用下受水浸濕時(shí)，其結(jié)構(gòu)迅速發(fā)生顯著的附加下沉。濕陷性土主要有風(fēng)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(fēng)化而成的殘積土。此外，還有來(lái)源于火山灰沉積物、石膏質(zhì)土、由可溶鹽膠結(jié)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(chǎng)區(qū)為例，對(duì)其黃土狀粘土層的濕陷性進(jìn)行分析。

1 濕陷性黃土的特征、分類(lèi)及工程性質(zhì)

黃土一般具有以下特征，當(dāng)缺少其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)特征的稱(chēng)為黃土狀土[1]。

(1)顏色以黃色、褐黃色為主，有時(shí)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(jiàn)；

(3)有肉眼可見(jiàn)的大孔，孔隙比一般在1.0左右；

(4)富含碳酸鹽類(lèi)，垂直節(jié)理發(fā)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(jù)規(guī)范規(guī)定，可采用濕陷性黃土的計(jì)算方法進(jìn)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(chǎn)生沉陷的現(xiàn)象；后者系指黃土浸水后，在附加荷載作用下所產(chǎn)生的附加沉陷。

2 黃土的濕陷性評(píng)價(jià)

當(dāng)濕陷系數(shù)δs小于0.015時(shí)，應(yīng)定為非濕陷性黃土；當(dāng)濕陷系數(shù)δs等于或者大于0.015時(shí)，應(yīng)定為濕陷性黃土。

濕陷性黃土的濕陷程度，可根據(jù)濕陷系數(shù)δs的大小分為三種[2]:

(1)當(dāng) 0.015≤δs≤0.03 時(shí)，濕陷性輕微；

(2)當(dāng) 0.03＜δs≤0.07 時(shí)，濕陷性中等；

(3)當(dāng) δs＞0.07 時(shí)，濕陷性強(qiáng)烈。

根據(jù)自重濕陷系數(shù)δzs和濕陷系數(shù)δs可以計(jì)算出自重濕陷量Δzs和濕陷量。

當(dāng)計(jì)算值Δzs≤70 mm時(shí)，應(yīng)定為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，反之則為自重濕陷性黃土場(chǎng)地。

濕陷量Δs的計(jì)算深度應(yīng)自基礎(chǔ)底面 (如基底標(biāo)高不確定時(shí)，自地面下1.50 m)算起，見(jiàn)圖1。在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，累計(jì)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(chǎng)地，累計(jì)至非濕陷性土層頂面止，其中濕陷系數(shù)δs(10 m以下為δzs)小于0.015的土不累計(jì)。

圖1 土樣代表深度hi計(jì)算示意圖

濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)，應(yīng)根據(jù)濕陷量的計(jì)算值和自重濕陷量的計(jì)算值等參數(shù)按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB 50025-2004）判定。

3 工程實(shí)踐

剛果CDM公司年產(chǎn)4000 t電積銅、3000 t粗制氫氧化鈷濕法冶煉項(xiàng)目場(chǎng)地位于剛果(金)加丹加省盧本巴希市新工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)CDM公司老廠區(qū)西側(cè)，華北有色工程勘察院有限公司剛果(金)公司承擔(dān)了該廠區(qū)的詳勘任務(wù)。

通過(guò)勘察，發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)地上部為粘土層，層厚4 m～6 m，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆探觀察發(fā)現(xiàn)，該土層為坡積層，層狀結(jié)構(gòu)明顯，具有顆粒小、孔隙大等特點(diǎn)，懷疑具有濕陷性。取樣進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該層粘土確實(shí)具有濕陷性，為黃土狀粘土層。

3.1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)參數(shù)分析

在該場(chǎng)地內(nèi)分布了7個(gè)探井，位置分布見(jiàn)圖2。

圖2 探井位置分布示意圖

在探井中取原狀土樣進(jìn)行土的常規(guī)試驗(yàn)，所得黃土狀粘土層的試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 黃土狀粘土層物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

從表1中的數(shù)據(jù)，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(diǎn)，該層土的液限、塑限、塑性指數(shù)、C值和Ф值都較大，這是由該廠區(qū)勘察時(shí)間正好為旱季的最后一個(gè)月導(dǎo)致。當(dāng)?shù)睾导緯r(shí)間長(zhǎng)，溫度高達(dá)30℃，蒸發(fā)量很大，表層土中的水分大量蒸發(fā)，導(dǎo)致黃土狀粘土含水率較小，土的C值和Ф值都較大。通過(guò)鉆探和場(chǎng)地平整情況可以得知，該場(chǎng)地表層土都是回填壓實(shí)土，第二層為洪積粘土，層狀結(jié)構(gòu)明顯，孔隙較大，孔間充填有白色物質(zhì)，而其余5項(xiàng)參數(shù)都符合黃土的特征，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，初步判斷該場(chǎng)地土層為黃土狀粘土層，具有濕陷性。

3.2 土的濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)和起始?jí)毫?/h3>

該場(chǎng)地內(nèi)表層黃土狀粘土具有層狀結(jié)構(gòu)，土的孔隙較大，能夠明顯的看到孔隙結(jié)構(gòu)，根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，該層土可能具有濕陷性[3]。本工程開(kāi)挖了7個(gè)探井，?、窦?jí)原狀試樣33件，得出的參數(shù)見(jiàn)表2。

試驗(yàn)結(jié)果表明，T01～T05探井試樣的自重濕陷系數(shù)大部分都大于0.015，初步判斷該場(chǎng)地為自重濕陷場(chǎng)地；土層試樣所有大的濕陷系數(shù)處于0.058～0.147之間，均大于0.03，部分濕陷系數(shù)大于0.07，初步判斷場(chǎng)該地濕陷性中等到強(qiáng)烈。

表2 部分黃土狀粘土的濕陷性參數(shù)

3.3 土層自重濕陷量和濕陷量計(jì)算

根據(jù)公式1、公式2和圖1的計(jì)算方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室所得各土層的自重濕陷系數(shù)和濕陷系數(shù)，可以計(jì)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(jì)算值

通過(guò)計(jì)算該場(chǎng)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(qū)域，根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）標(biāo)準(zhǔn)判斷，該場(chǎng)地為Ⅱ(中等)級(jí)濕陷場(chǎng)地；T6自重濕陷量小于70 mm，屬于非自重濕陷場(chǎng)地，濕陷量Δs＞300 mm，屬于Ⅱ(中等)級(jí)濕陷場(chǎng)地；T2，T4，T7 的自重濕陷系數(shù)δzs均小于0.015，沒(méi)有自重濕陷量，為非自重濕陷區(qū)域，濕陷量均小于300 mm，為Ⅰ(輕微)級(jí)濕陷場(chǎng)地。綜合上述情況和探井分布的區(qū)域，考慮該場(chǎng)地勘察等級(jí)為乙級(jí)，建筑物比較重要，可以判定該場(chǎng)地為Ⅱ(中等)級(jí)濕陷性場(chǎng)地。

對(duì)于該區(qū)域的內(nèi)探井濕陷量的不均勻性，主要是現(xiàn)場(chǎng)的地層條件決定的。該場(chǎng)地沒(méi)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(yùn)的地下粘土堆積而成。螞蟻包內(nèi)部孔隙很大，含水率低，具有高壓縮性，工程性質(zhì)極差，螞蟻包地下被非洲螞蟻掏空，形成了巨大的地下網(wǎng)道，地下土層孔隙很大。通過(guò)鉆探，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域土層屬于洪積土，層狀結(jié)構(gòu)明顯，層間充填有小礫石和白色鈣狀物，土層性質(zhì)較穩(wěn)定。平整場(chǎng)地時(shí)，使用工程機(jī)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(chǎng)地的表層，被壓路機(jī)壓實(shí)，地表高程得到統(tǒng)一。但是螞蟻包地表以下的松散組織并沒(méi)有被壓實(shí)。T1，T3，T5探井正好開(kāi)挖在了螞蟻包所在的位置，而T2，T4，T6，T7開(kāi)挖在洪積粘土層的位置，所以導(dǎo)致了探井濕陷量差異和場(chǎng)地濕陷等級(jí)的差異。

3.4 濕陷性場(chǎng)地處理措施

當(dāng)?shù)鼗臐裣葑冃?、壓縮變形或承載力不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同土質(zhì)條件和建筑物的類(lèi)別，在地基壓縮層內(nèi)或濕陷性黃土層內(nèi)采取處理措施，甲類(lèi)建筑應(yīng)消除地基的全部濕陷量或采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性黃土層，或?qū)⒒A(chǔ)設(shè)置在非濕性黃土層上；乙、丙類(lèi)建筑應(yīng)消除地基的部分濕陷量。

該場(chǎng)地黃土狀粘土層厚度不超過(guò)6 m，6 m以下為原巖風(fēng)化的粉質(zhì)粘土，工程性質(zhì)較好，可以作為持力層，場(chǎng)地的濕陷等級(jí)屬于Ⅱ(中等)級(jí)，建筑等級(jí)為乙級(jí)，根據(jù)表4[4]所提供的方法，可以采用強(qiáng)夯法、擠密法或樁基進(jìn)行處理，消除地基的部分濕陷量以達(dá)到建筑設(shè)計(jì)要求。考慮到非洲的實(shí)際情況，建議采用分層換填、逐層強(qiáng)夯的處理方法。

表4 濕陷性黃土地基常用的處理方法

4 結(jié)語(yǔ)

(1)雖然國(guó)內(nèi)的粘土一般不具有濕陷性，但是在非洲特殊的自然環(huán)境下，特殊區(qū)域的粘土層也具有一定濕陷性，在進(jìn)行工程勘察時(shí)，必須對(duì)這些地層進(jìn)行詳細(xì)的研究和分析，采用實(shí)驗(yàn)室濕陷性試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)相結(jié)合的方法，認(rèn)真驗(yàn)證粘土層的濕陷性和研究粘土層產(chǎn)生濕陷的原因，為設(shè)計(jì)者提供可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)。

(2)根據(jù)濕陷量和濕陷土層厚度評(píng)價(jià)場(chǎng)地等級(jí)時(shí)，應(yīng)充分考慮非洲雨季和旱季時(shí)間長(zhǎng)、季節(jié)分明的特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)，得出符合實(shí)際情況的結(jié)果。

(3)對(duì)于濕陷性地基的處理方法，應(yīng)根據(jù)非洲實(shí)際的社會(huì)資源和現(xiàn)有的施工條件，提出實(shí)際可行的方法，快速、有效的進(jìn)行施工。