董志塬区黄土高填方地基工后沉降特性试验研究

张兴元 杨宏平 闫铁成

（1甘肃省高校黄土工程性质及工程应用省级重点实验室，甘肃 庆阳 745000；2陇东学院土木工程学院，甘肃 庆阳 745000）

1 引 言

甘肃省庆阳市位于“天下第一黄土塬”—董志塬上[1]。随着社会经济和城镇化的不断发展，黄土塬特有的梁峁地形成为了制约城市发展的主要因素，从而填沟造地形成的高填方地基便成为一种主要地基形式，但高填方地基后期沉降大，容易引起建筑物开裂破坏，本文主要针对此问题进行研究。

对于黄土高填方的研究，目前主要从微观机理和沉降变形两个方面进行研究，文献[2]研究了水泥灰土桩—注浆体网的复合地基在填土地区的应用，董琪等[3]通过数值模拟提出黄土高填方存在土拱效应，朱才辉等[3]基于电阻率原理揭示了黄土高填方地基变形的微观机理，梅源等[4]通过大尺寸原状黄土与重塑黄土联合制作模型，利用离心模型试验得出了Q2、Q3黄土深堑中高填方地基变形规律，姚仰平等[5]通过有限元方法和分层总和法，对高填方地基工后沉降进行了计算，徐张健等[6]通过陕北某实际工程，研究了高填方地基的沉降观测方法。

本文以庆阳市某小区填沟造地项目为背景，通过设置观测点对回填土地基进行长期观测和钻孔钻芯取样进行室内试验的方法，对庆阳董志塬区黄土高填方地基的工后沉降特性进行分析。

2 工程概况

图1 研究区地形图

图2 研究区沟谷横断面图

研究区场地位于庆阳市黄土塬—董志塬上，原为某单位旁边的一条V字形黄土冲沟，大体上呈西北～东南走向，沟谷两侧边坡较陡，局部接近直立，详见该项目地形图1和沟谷横断面图2。因项目需要对该沟进行回填，采用分层碾压的方法，历时6个月回填完成，最大回填深度约为45m，回填土下方为原状湿陷性黄土，湿陷等级为Ⅱ级到Ⅳ级不等，湿陷性黄土的厚度大于100m。在该场地内共规划拟建16栋楼，其中小高层3栋，11～12层，框剪结构；多层12栋，为6层砖混结构；商业楼1栋，4层框架结构。

图3 试验方案示意图

3 试验方案设计

该场地回填结束后，在沟谷横断面的方向上做了6个永久性沉降观测点（编号分别为1、2、3、4、5、6），选取距离场地外较远的稳定土层上的绝对高程点作为基准点（高程1297.86m），进行回填土地基的沉降量的观测。同时在该场地上进行钻孔取样（钻孔编号为zk1到zk6），研究土回填土沉降特性的影响因素。试验方案示意图见图3。

4 试验结果分析

图4 沉降量与试验时间的关系图

4.1 沉降量与试验时间的关系

研究区回填完成后，通过设置的6个沉降观测点，对该场地进行了为期2年的沉降观测，本文选具有代表性的2号、3号和4号沉降观测点进行分析，观测结果见图4。

由图4可知，随着时间的增长，回填土的沉降量总体上逐渐减小，在200天到250天之前，回填土的沉降速率较大，200天到250天之后，回填土的沉降速率趋于平缓。

同时，在沉降时间相同的情况下，4号沉降观测点的沉降量最大，为79cm，2号沉降观测点的沉降量最小，3号沉降观测点的沉降量介于两者之间。这说明在相同时间内，沟谷处的沉降量最大，距离沟谷越远，沉降量越小。

4.2 含水率的影响

图5 土样含水率与深度的关系图

图5为zk4中土样含水率与土样深度的关系图，从图5中可知，16m以内的回填土层含水率波动较大,16m以下回填土的含水率变化不明显，因此，含水率只在16m以内对回填土有影响，其他范围内影响不大。

4.3 干密度的影响

本文中将每个钻孔中土样的干密度取平均值，综合沉降观测点的沉降量进行分析，结果见图6所示。

图6 沉降量与土样干密度的关系图

由图6可知，随着干密度增大，回填土的沉降量逐渐减小。从而说明干密度是回填土地基的一个重要指标。

因此，对于黄土高填方地基，可以通过提高回填土干密度的方法，控制回填土的回填质量。

4.4 压实系数的影响

试验区采用分层碾压的方法进行回填，本文以zk4的试验数据进行分析，分析结果见图7。由图7可知，随着取样深度增加，地基土的压实系数波动较大，并且大部分不大于0.95。这说明高填方地基回填不均匀，分层碾压的压实功偏小，应采用高能级强夯法进行黄土高填方地基的回填。

图7 沉降量与地基压实系数的关系图

5 结 语

1)黄土高填方地基在回填后200天到250天左右工后沉降量较大，最大沉降量可达到79cm。

2)黄土高填方地基工后沉降在沟谷处较大，距离沟谷越远，沉降量越小。

3)干密度是影响黄土高填方地基工后沉降的主要因素，可以通过提高干密度的方法提高黄土的回填质量，对于超厚的黄土高填方地基，宜采用高能级强夯进行分层回填。

［1］赵景波,黄春长,朱显谟.黄土高原的形成与发展[J].中国沙漠, 1999( 4): 333－337.

［2］程晓文.桩—网复合地基在黄土地区大厚度回填土中的应用研究[D].兰州.兰州理工大学,2011

［3］董琪,李阳,段旭等.黄土梁峁区高填方地基变形规律研究[J].工程地质学报,2016.24(2):309－314.

［4］梅源,胡长明,魏弋峰等. Q2、Q3 黄土深堑中高填方地基变形规律离心模型试验研究[J].岩土力学,2015.36(12):3473－3481.

［5］姚仰平,祁生钧,车力文等. Q高填方地基工后沉降计算[J].水力发电学报,2016.35(3):1－10.

［6］徐张健,马宏敏,赵治海等.黄土地区大厚度填方地基填筑期间沉降变形监测方法[J].工程勘察,2015.5:1－5.