湿陷性黄土地区岩土工程勘察与软土地基处理试验研究

张 飞 霍伟大

（甘肃煤田地质局庆阳资源勘查院，甘肃 庆阳 745000）

在深入建设工程项目现场的研究中发现，黄土是一种具有特殊属性的土体，通常，黄土出现在半干旱和干旱地区，受到降雨、风力等多种因素的综合作用与影响，形成原生黄土。这类黄土受到突发性降雨、水流搬运或冲刷，会形成湿陷性黄土[1]。为掌握这类土体的属性，为工程设计与后续施工提供技术参考，这类土体具有欠压和非饱和等特点，在浸泡或遇水后，极易发生湿陷性变形，如果工程方未能及时发现土体的湿陷性变形或未能在施工前采取有效措施对土体进行勘察，就会影响上层构筑物的安全性和稳定性，导致使用寿命缩短[2]。在工程建造前，为避免这类土体对建设工程项目造成影响，施工方应完善项目所在地的岩土勘察工作，本文将对此进行研究。

1 湿陷性黄土地区岩土工程勘察

1.1 土层划分

在研究中发现，湿陷性黄土主要分2 类：普通的湿陷性黄土（自重类的湿陷性黄土）和非自重类的湿陷性黄土。前者是原生黄土受到降雨、地下水侵害，土体自身结构遭到严重破坏，黄土沉降较为明显[3]。后者主要是岩土工程中的覆土层，受到自身重力等综合因素的影响后，土体呈湿陷性黄土性质，但这类土体并不符合湿陷性黄土的沉降要求。这类土体如果继续受到降雨或水浸，就会形成湿陷性黄土[4]。湿陷性黄土的基本属性，见表1。

表1 湿陷性黄土特点

表1 中，Ⅰ为土体的湿陷性轻微严重。Ⅱ为土体的湿陷性中等严重。Ⅲ为土体的湿陷性严重。Ⅳ为土体的湿陷性十分严重。了解不同湿陷性土体的特点后，对勘察过程中的岩土工程进行划分[5]。在划分过程中，考虑对土层进行钻探取样的过程具有非连续性的作业特点，因此会导致土层划分有较大偏差，为排除工程中相关因素的影响，在划分土层的过程中，通常会考虑上层土层和下层土层受到的阻力的差异，当上、下两层土层间的阻力差异较小时，通常对中点滞后的点位或超前的点位进行钻探，点位选择如图1所示。

图1 土层划分过程中的超前点与滞后点

1.2 采集土体物理指标与确定湿陷性黄土地区岩土地基承载力

在上述内容的基础上，利用静力触探贯入法，勘察岩土工程，在勘察过程中，静力触探是在岩土工程中，辅助使用机械设备与装置，用精准的压力将内部有传感器、摄像头的探头匀速垂直压入不同的土层中[6]。过程如图2所示。

图2 静力触探贯入的岩土工程勘察

在勘察的过程中，需要将静力触探贯入上的探针（探头）压入土层中，土层会有一定阻力，阻力会在土层中发生传递，将给予探针（探头）向上的阻力，在静力触探贯入装置探头压入过程中，不同强度的土层给探头的阻力不同，随着压入土体深度增加或压入土体强度变大，探头受到的阻力基于理论层面将对应增加[7]。为确保静力触探贯入设备在岩土工程勘察作业现场可以发挥预期的作用，须在完成上述相关内容的设计后，设计钻探机工作方式，如图3所示。

根据胡克定律可以得出，集成在装置前端的探头传感器会根据自身受到的作用力进行受力变形感知，感知后土层对探头产生的阻力将被转换为电信号，对应的电信号可以辅助仪器进行直接测量或采集。根据传感器感知的数值，得到土层的阻力信息，进而可以计算土体相关的物理指标[8]。

在上述内容的基础上，将地基作为一个塑性刚体结构，在探头极限下压的荷载作用下，对应的岩土工程地基土在外部作用力下产生一定的滑移面，根据极限平衡理论，可以确定岩土地基承载力。在获得相关参数后，计算承载力，如公式（1）所示。

式中：Q1为岩土地基承载力；CU为土体在不排水条件下的抗剪强度值；N1为与土体结构相关的承载力系数1；σO为上层覆土向下传递的压力；N2为与土体结构相关的承载力系数2。

2 软土地基处理试验

2.1 湿陷性黄土试验指标

为准确判断黄土地区土体是否具有湿陷性，通过计算得出湿陷性土体的湿陷量和自重湿陷量准确数值，最终判定地基湿陷性等级。在完成岩土工程勘察后，对黄土地区的软土地基进行试验。在试验前，明确湿陷性黄土的各项指标，并构建湿陷性黄土试验指标体系，如图4所示。

图4 湿陷性黄土试验指标体系

2.2 软土地基湿陷性评价

在确定湿陷性黄土试验指标后，对上述勘察区域的软土地基进行湿陷性评价。结合湿陷性黄土地区上建筑建设规范要求，当es＜0.015 时，将评价区域判定为非湿陷性黄土区域；当es≥0.015 时，将评价区域判定为湿陷性黄土区域。可以根据试验得到的湿陷性系数值es，将湿陷性黄土区域划分为3 个类别，具体类别划分见表2。

表2 软土地基湿陷性划分标准

可以按照实际测定的自重湿陷量和计算的湿陷量具体数值，对研究区域的湿陷性类型进行划分，同时在判定的过程中应满足以下要求：当实际测量结果或计算结果的数值≤70mm时，研究区域为非自重湿陷性黄土区域；当实际测量结果或计算结果的数值＞70mm 时，研究区域为自重陷性黄土区域；如果实际测量结果与计算结果间存在矛盾问题，就需要根据自重湿陷量的实际测量结果进行判定。计算自重湿陷量如公式（2）所示。

式中：Δzs为自重湿陷量；b0为因为不同区域地质而产生差异数据的修正系数；ezsi为第i层土体的自湿陷系数；hi为第i层土体的厚度。

在判定湿陷类型后，还需要确定湿陷的具体等级。可根据湿陷性黄土地区建设规范要求、湿陷量和自重湿陷量等参数，对湿陷等级进行划分，标准见表3。

表3 湿陷等级划分标准

表3 中，F 为不受重力影响的湿陷地；T 为重力影响的湿陷地。当不受重力影响的湿陷地的湿陷量＞600mm 且重力影响的湿陷地湿陷量＞300mm 时，可以判定试验区域为III 湿陷等级，当其他情况时，可以判定为II 湿陷等级。计算湿陷量Δs如公式（3）所示。

式中：b为在考虑基底下方地基土可能受到水浸湿影响的情况下的修正系数。通常，当基底的深度在0m～5m 时，b为1.50；当基底的深度为5～10m 时，b为1；当基底的深度＞10m 时，此时b可取所在地区的b0值。当计算湿陷时，深度取值应该从基础底面开始算起。在无自重湿陷条件下，累积至地基下10m。对自重湿陷黄土场地来说，累积至未湿陷土层顶部。在计算过程中，湿陷系数es＜0.015 的土层的数值不会影响最终结果。

2.3 软土地基处理

当湿陷性黄土地区施工时，应该根据湿陷性黄土的特征和工程需要，结合当地的实际情况，采取以地基处理为主要内容的综合措施，避免地基湿陷造成的损害。湿陷性黄土地基应该按以下规定进行处理。当使用甲类建筑物时，必须消除所有的湿陷，或者使用桩基穿过所有的湿陷黄色土层。乙类和丙类建筑物的基础应消除局部的湿陷量。要结合具体建筑类型和环境情况等选择地基处理方法，并对其进行全面的技术、经济分析和对比。另外，也可以根据湿陷性黄土层的厚度选择相应的基础加固方法，见表4。

表4 软土地基处理方法适用范围

3 结语

在构筑物等相关工程项目的施工过程中，岩土工程勘察是施工前必不可少的环节，本项工作的规范性、合理性不仅与地区建成后的构筑物结构稳定性、整体安全性息息相关，还可以决定后续地区工程开发与建设的成败。在进一步研究中发现，岩土勘察是工程设计、施工的前提条件与重要根据，因此按照规范对工程中各类结构物、建筑物的地质进行勘察，是重要的环节。目前，国内大部分建设工程仍在采用钻探、取样和室内试验相结合的方式进行岩土勘查。

本文对早期方法在实施中存在的不足进行了研究，希望为建设工程项目前期的岩土勘察工作提供全面帮助，为规范软土地基处理提供技术参考。