王秀榮

（太原市建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030002）

1 濕陷性黃土遇水塌陷的根本原因

由于我國地理環(huán)境，地形高差、氣溫、雨量、地質(zhì)成因和地質(zhì)歷史不同，加上組成土的物質(zhì)成分和次生變化等多種復(fù)雜因素，形成了若干性質(zhì)特殊性的土類，包括濕陷性黃土、膨脹土、紅黏土及多年凍土等。

今天我們就來談?wù)劃裣菪渣S土，濕陷性黃土在中國分布較廣，面積約45萬km，主要分布于山西、陜西、甘肅等大部分地區(qū)，河南西部和寧夏、青海、河北的部分地區(qū)，新疆、內(nèi)蒙古和山東、遼寧、黑龍江等省、自治區(qū)的局部地區(qū)亦有分布，這些地區(qū)一個共同的特點(diǎn)是年降雨量比較少，地下水位比較低。

濕陷性黃土的特性為一種非飽和的欠壓密土，具有大孔和垂直節(jié)理，在天然濕度下，其壓縮性較低，強(qiáng)度較高，類似于蜂窩，自身結(jié)構(gòu)非常好，強(qiáng)度特別高，正常情況下，濕陷性黃土的地基承載力特征值都比較高，但是由于其主要成分為硫酸鈉、碳酸鈉、碳酸鎂和氯化鈉等物質(zhì)，遇水浸濕時，會溶于水，土中膠結(jié)力會大為減弱，導(dǎo)致土中蜂窩狀結(jié)構(gòu)破壞，土粒變形，在上部附加壓力或土的自重壓力作用下，土體被壓縮；從而，宏觀上看，土的強(qiáng)度顯著降低，在附加壓力或在附加壓力與土的自重壓力下引起的濕陷變形，對于建造于其上的建筑物或構(gòu)筑物來說是一種下沉量大、下沉速度快的失穩(wěn)性變形。對建筑物危害性大。為此規(guī)范規(guī)定，強(qiáng)調(diào)在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行建設(shè)，應(yīng)根據(jù)濕陷性黃土的特點(diǎn)和工程要求，因地制宜，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基浸水濕陷對建筑物產(chǎn)生危害。

2 濕陷性黃土地區(qū)水源情況

下面就影響濕陷性黃土的 “水”的問題來闡述一下；以山西省為例：山西省地處中緯度地帶的內(nèi)陸，在氣候類型上屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候。由于太陽輻射、季風(fēng)環(huán)流和地理因素影響，山西氣候具有四季分明、雨熱同步、光照充足、南北氣候差異顯著、冬夏氣溫懸殊、晝夜溫差大的特點(diǎn)。

山西省各地年平均氣溫介于4.2～14.2℃之間，總體分布趨勢為由北向南升高，由盆地向高山降低；全省各地年降水量介于358～621mm之間，季節(jié)分布不均，夏季6—8月降水相對集中，約占全年降水量的60%，且省內(nèi)降水分布受地形影響較大。由于雨水分布較集中，從而導(dǎo)致濕陷性黃土場地若不加處理或處理不當(dāng)，沉降事故多出現(xiàn)在夏季6—8月份，個別工程由于地下水輸理不當(dāng)，也會導(dǎo)致不均勻沉降，造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

3 濕陷性黃土場地地基處理要點(diǎn)

我們執(zhí)行 《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB 50028—2018時應(yīng)該從嚴(yán)處理。

3.1 處理深度問題

我們在執(zhí)行規(guī)范中的第6章時，應(yīng)從嚴(yán)執(zhí)行，如：第6.1.3條規(guī)定：乙類、丙類建筑應(yīng)采取地基處理措施消除地基的部分濕陷量。當(dāng)基礎(chǔ)下濕陷性黃土層厚度較薄，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時，也可消除地基的全部濕陷量或?qū)⒒A(chǔ)設(shè)置在非濕陷性土層或巖層上，或采取樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性黃土層。在執(zhí)行該條時，如果條件允許，盡量選擇全部消除濕陷，尤其是上部結(jié)構(gòu)比較異性，容易發(fā)生不均勻沉降時；如果條件不允許考慮到全部消除濕陷確實(shí)經(jīng)濟(jì)上與部分消除相差比較大時，那么執(zhí)行第6.1.4條、6.1.5條；這里要特別強(qiáng)調(diào)在執(zhí)行6.1.4-2：（乙類建筑自重濕陷性黃土場地，處理深度不應(yīng)小于基底下濕陷性土層2/3，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于150mm；）以及6.1.5：（丙類建筑自重濕陷性場地，處理厚度≥2.5m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于200mm；按剩余濕陷量計算的處理厚度大于6m時，處理厚度可適當(dāng)減小，但不應(yīng)小于6.0m，）時，地基處理深度應(yīng)比按地勘報告提供的剩余濕陷量計算深度，適當(dāng)加深1～2m，因?yàn)榈乜鄙系目辈禳c(diǎn)位也是隨機(jī)取得，并沒有顯著的代表性，而且，勘察點(diǎn)位之間的距離也比較遠(yuǎn)，有時，我們在地勘報告上也能發(fā)現(xiàn)，兩個相鄰的勘察點(diǎn)位之間，土層的變化是很大的，所以適當(dāng)從嚴(yán)執(zhí)行規(guī)范是對設(shè)計人員自身的一種保護(hù)策略，同時對甲方也是一種負(fù)責(zé)任的做法，畢竟處理深度加深1～2m，尤其對于素土擠密樁或灰土擠密樁來說，經(jīng)濟(jì)上不會造成太多的增加，然而，一旦出現(xiàn)不均勻沉降，想要補(bǔ)救的話，造成的代價就大多了；而且，不管是對建設(shè)方、設(shè)計方還是施工方，以及監(jiān)理，審圖等都會造成不必要的影響。

3.2 處理的平面范圍問題

采用地基處理時，平面處理范圍也應(yīng)該大于建筑物基礎(chǔ)寬度，執(zhí)行規(guī)范6.1.6條的規(guī)定：1）非自重濕陷性黃土場地可采用整片或局部處理地基，自重濕陷性黃土場地應(yīng)采用整片處理；2）當(dāng)為局部處理時，其處理范圍應(yīng)大于基礎(chǔ)底面的面積。且每邊應(yīng)超出基礎(chǔ)底面寬度的1/4，并不應(yīng)小于0.50m；3）當(dāng)為整片處理時，平面處理范圍應(yīng)大于建筑物外墻基礎(chǔ)底面。超出建筑物外墻基礎(chǔ)外緣的寬度，不宜小于處理土層厚度的1/2，并不應(yīng)小于2m。以上這些規(guī)定都是用來防止地上或淺層地下水，從建筑物側(cè)面像基礎(chǔ)底面以下土層中滲漏。

4 工程實(shí)例

下面以我最近遇到的一個工程為例，希望大家更加重視濕陷性黃土地區(qū)地基處理的重要性，能夠更加清晰的理解我上面講的一些道理。

4.1 工程概述

我設(shè)計的項(xiàng)目為五棟疊拼住宅，項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于太原市小店區(qū)，東山上某地，疊拼式住宅樓，共四個單元，地上三層，地下一層，地下一層為設(shè)備用房和庫房；地上三層均為住宅，其中一層為平層戶型，二三層為躍層戶型，本住宅樓南北向均設(shè)內(nèi)院，一層住戶出入口設(shè)在南院，二層住戶出入口設(shè)在北院，通過室外樓梯和家用電梯到達(dá)二層，用院隔墻將本住宅分為四個單元，每個單元三戶，共12戶。工程總建筑面積2631.08m，其中地上建筑面積1722.75m，地下建筑面積908.33m。建筑基底面積696.73m。

4.2 結(jié)構(gòu)形式分析

工程的主樓結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，合理使用年限50年，抗震設(shè)防烈度8度。對于結(jié)構(gòu)專業(yè)來說，面積不大，層數(shù)不高，但是裝修規(guī)格，標(biāo)準(zhǔn)要求都比較高。所以對于甲方來說，又想把樓干好，經(jīng)濟(jì)上又不想多花錢，對于我們設(shè)計來說，也覺得層數(shù)不高按規(guī)范地基處理簡單處理一下就可以了；然而，先讓我們看一下勘察單位提供的地質(zhì)勘察報告吧！

4.3 建筑場地地質(zhì)情況概述

本工程場地北高南低。場地東北側(cè)為黃土坡，高于現(xiàn)地面約17m左右；東南側(cè)存在大量雜填土，雜填土坡高17m左右，雜填土成分主要為生活垃圾及建筑垃圾。地面標(biāo)高介于809.04m（151鉆孔） ～826.51m（12鉆孔）之間，最大高差為17.47m。地基土構(gòu)成及巖性特征：第①層：人工填土 （Q）

第①層：雜填土雜色，主要由水泥、磚塊、石塊、灰渣、塑料袋等建筑垃圾及生活垃圾組成，成分雜亂，均勻性差，最大厚度為現(xiàn)地面下33m，為長期堆積，堆積年限不超過10年。

第12層：素填土黃褐色，以粉質(zhì)黏土為主，混粉土，含磚屑、灰渣、植物根系等成分，結(jié)構(gòu)較松散，力學(xué)性質(zhì)不均勻。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測錘擊數(shù)介于4.0～13.0擊之間，平均8.3擊。堆積年限不超過10年。土層厚度為1.2～4.5m。

第2層：濕陷性粉質(zhì)黏土 （Q）褐黃色，含云母、氧化物等。無搖振反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等。呈可塑狀態(tài)，具高～中等壓縮性。具濕陷性，濕陷程度嚴(yán)重。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測錘擊數(shù)介于9.0～18.0擊之間，平均12.7擊；靜力觸探錐尖阻力q厚度加權(quán)平均值為2.82MPa，側(cè)壁摩阻力f厚度加權(quán)平均值為109.29kPa，摩阻比F加權(quán)平均值為3.80%。土層厚度為12～14m，地基承載力特征值為120KPa。

第3層：粉質(zhì)黏土 （Q）黃褐～褐紅色，含云母、氧化物等。無搖振反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等。呈可塑狀態(tài)，具中等壓縮性。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測錘擊數(shù)介于15.0～25.0擊之間，平均19.0擊；靜力觸探錐尖阻力q厚度加權(quán)平均值為3.91MPa，側(cè)壁摩阻力f厚度加權(quán)平均值為158.43kPa，摩阻比F加權(quán)平均值為4.12%。土層厚度為4.3～6.0m，地基承載力特征值為200kPa。

4.4 所采用的地基處理方法

地下室層高為3.5m，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土墻下條形基礎(chǔ)+防水板，基礎(chǔ)厚度為0.5m，所以基礎(chǔ)埋深3.85m，基礎(chǔ)持力層為第二層，濕陷性黃土層，地基承載力為120kPa，滿足基礎(chǔ)對持力層承載力的要求；但場地屬于自重濕陷性場地，1#～2#樓地基濕陷等級為Ⅲ級 （嚴(yán)重），其余各擬建建筑物地基濕陷等級為Ⅱ級 （中等），按照 《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB 50028—2018，需要進(jìn)行地基處理消除濕陷，根據(jù)勘察單位提供的 《巖土工程勘察報告 （詳勘）》，濕陷土層厚度比較厚，全部消除濕陷需要付出不小的代價，故選擇部分消除濕陷，處理深度執(zhí)行第6.1.5條，處理方法，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，多方對比，采用素土擠密樁，控制樁長，按照地勘報告，樁長控制在剩余濕陷量剛剛小于200mm，滿足規(guī)范要求，經(jīng)濟(jì)上也是最合理最經(jīng)濟(jì)的。

然而，2021年10月2日～6日，持續(xù)4d的強(qiáng)降雨徹底摧毀了我之前對濕陷性黃土地區(qū)地基處理的認(rèn)知，不在想著一點(diǎn)一點(diǎn)的往下扣處理的深度，既能迎合甲方想要省錢的想法，又滿足了規(guī)范的要求。

4.5 工程事故概述

去年，我所設(shè)計的這個工程還正在施工階段，有一個室外的樓梯，該樓梯是僅僅與一個外挑的陽臺梁連接的，去年暴雨過后，樓梯梯板與陽臺梁的連接部位開裂了，裂縫寬度有2cm，同時，上面的后砌隔墻也開裂了，有斜向裂縫，與主體混凝土墻體連接部位還有豎向通縫，裂縫寬度，最寬處也有2cm左右，造成的影響特別不好，究其原因，則是因?yàn)榈鼗两挡痪鶆蛟斐傻?，所幸的是只施工了一棟樓的樓梯，后期加固費(fèi)用也不算太高，然而對于我一個有著將近二十年工作經(jīng)驗(yàn)的老設(shè)計師來說，簡直太丟面子了，雖然，我們設(shè)計的每一個要點(diǎn)都能滿足規(guī)范的要求，技術(shù)層面上不能說是設(shè)計的失誤，然而哪怕是一個小小的工程事故對于我們每一個設(shè)計人員或施工人員乃至建設(shè)方，都是不愿意看到的結(jié)果；所以對于濕陷性黃土地區(qū)的建筑地基處理要慎之又慎，決不能掉以輕心，而且不光要注意大面積的地基處理方案，對于特殊部位應(yīng)單獨(dú)考慮，采取一些措施，花小錢辦大事。

4.6 工程事故發(fā)生的原因分析及改進(jìn)辦法

首先，本工程為疊拼建筑，每戶都有自己的獨(dú)家小院，地下室和一層為一戶、二層三層為另一戶，一層這戶的小院布置在北側(cè)，入戶門直接布置在北側(cè)；二層這戶的小院布置在南側(cè)，入戶門通過小院的一步戶外樓梯直通二樓，由于該樓梯進(jìn)深方向與主樓垂直，并且是與主樓的一個外挑陽臺相連，樓梯起步的位置距離主樓較遠(yuǎn)，樓梯基礎(chǔ)與主樓基礎(chǔ)及豎向構(gòu)件只能分開設(shè)置，靠出地面位置處的一根拉梁與主體連接，連接拉梁的高度按跨度的1/8設(shè)置，剛度還算不小，然而當(dāng)去年的大雨來臨，基坑沒有及時保護(hù)，下部未處理的濕陷土受水侵蝕，發(fā)生下陷，主樓與樓梯下陷深度不一，造成了樓梯與主體陽臺梁被拉裂。仔細(xì)想來，如果我們足夠細(xì)心，用一種嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度去思考，去分析每一個薄弱環(huán)節(jié)，哪怕就像這個工程里這個看上去不是很起眼的，不能引起我們足夠重視的樓梯；這件事情的發(fā)生給我敲了一個不小的警鐘，仔細(xì)想來，實(shí)際上有好多構(gòu)造上的措施，都可以避免這件事的發(fā)生。

4.6.1 改進(jìn)方法一

本工程由于是部分消除濕陷，那么上部設(shè)置一個隔水層就非常必要了，設(shè)計時素土擠密樁上部設(shè)置了300mm厚的3∶7灰土褥墊層，有隔水的效果，但是平面覆蓋范圍比較小，每邊只寬出樁外邊線500mm，沒能阻止水的滲透，事故發(fā)生后，建設(shè)單位組織了專家論證會，一位非常有經(jīng)驗(yàn)的巖土工程的專家說，尤其是在我們的濕陷性黃土場地，土地含水率極低，最大含水量只有19.9%，當(dāng)初素土擠密樁施工時，對場地進(jìn)行了增濕處理增濕孔孔徑200mm，孔心距與擠密樁的孔心距重合，成孔深度小于樁身1m。孔內(nèi)注水量達(dá)到了0.08m，再打樁才打出了滿足設(shè)計樁間土平均擠密系數(shù)≥0.93，最小擠密系數(shù)≥0.84，填料的平均壓實(shí)系數(shù)不小于0.97的合格的素土擠密樁，專家指出，這種場地，對水的滲透性是非常好的，他們曾經(jīng)做過一個實(shí)驗(yàn)，一場為時一小時的大暴雨過后，他們對類似的場地進(jìn)行過勘探，發(fā)現(xiàn)水的滲透深度約有10m之深，前面開篇已經(jīng)講過了，濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔和垂直節(jié)理，當(dāng)遇水后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，受上部附加荷載或土的自重壓力作用，壓實(shí)了便也下沉了，所以在上部結(jié)構(gòu)連接的薄弱部位，對應(yīng)的地基處理深度適當(dāng)加深，以本工程為例，樓梯基礎(chǔ)底面積1.4*1.4=1.96m每邊寬出基礎(chǔ)外邊緣為3m，及每個樓梯基礎(chǔ)下54.76m的素土擠密樁約80根樁，每根樁加長2m，每米的造價按30元計算，每個樓梯下增加費(fèi)用4800元。

4.6.2 改進(jìn)方法二

本工程上部樓梯采用板式樓梯，與主樓的陽臺封邊梁只有板的鋼筋連接，由于一起施工難度較大，現(xiàn)場施工采用分開施工，及先施工主體結(jié)構(gòu)，再施工樓梯，梯板鋼筋也沒有做好預(yù)留，而是在陽臺封邊梁上采用植筋的形式，然而陽臺封邊梁的寬度只有200mm，不能滿足上部鋼筋受拉的要求，自然而然形成了一個鉸接連接節(jié)點(diǎn)，控制不了他們之間的裂縫。如果當(dāng)初設(shè)計時，有這種憂患意識，把與陽臺封邊梁連接的這一梯段設(shè)計成梁式樓梯，增加了樓梯與陽臺封邊梁的連接剛度，將會把薄弱部位轉(zhuǎn)移到離陽臺封邊梁更遠(yuǎn)的梯段板上，即便發(fā)生不均勻沉降，加固也相對容易一些，所需費(fèi)用會降低一些。

4.6.3 改進(jìn)方法三

由于上部荷載承載力要求較低，本工程樓梯平臺處梯柱基礎(chǔ)采用的是鋼筋混凝土柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，獨(dú)基與獨(dú)基之間以及獨(dú)基與最近的主體外墻之間均設(shè)有拉梁，若改為整體性更強(qiáng)的梁板式筏板基礎(chǔ)，按構(gòu)造只在筏板上皮增加了C10@170的鋼筋，每個樓梯下增加的鋼筋總量不到2kg，卻可以讓樓梯基礎(chǔ)的整體性更強(qiáng)。

5 結(jié)語

我特別想對那些和我一樣戰(zhàn)斗在設(shè)計第一線的同仁們說一句，一定要慎重對待濕陷性黃土地區(qū)的地基處理問題，做到心中有數(shù)，無論是誰，出于什么樣的目的，讓我們在這方面妥協(xié)時，我們絕不能讓步，保護(hù)自己，別忘了，這都是終身的責(zé)任問題。