濕陷性黃土地區巖土工程勘察與軟土地基處理試驗研究

張 飛 霍偉大

（甘肅煤田地質局慶陽資源勘查院，甘肅 慶陽 745000）

在深入建設工程項目現場的研究中發現，黃土是一種具有特殊屬性的土體，通常，黃土出現在半干旱和干旱地區，受到降雨、風力等多種因素的綜合作用與影響，形成原生黃土。這類黃土受到突發性降雨、水流搬運或沖刷，會形成濕陷性黃土[1]。為掌握這類土體的屬性，為工程設計與后續施工提供技術參考，這類土體具有欠壓和非飽和等特點，在浸泡或遇水后，極易發生濕陷性變形，如果工程方未能及時發現土體的濕陷性變形或未能在施工前采取有效措施對土體進行勘察，就會影響上層構筑物的安全性和穩定性，導致使用壽命縮短[2]。在工程建造前，為避免這類土體對建設工程項目造成影響，施工方應完善項目所在地的巖土勘察工作，本文將對此進行研究。

1 濕陷性黃土地區巖土工程勘察

1.1 土層劃分

在研究中發現，濕陷性黃土主要分2 類：普通的濕陷性黃土（自重類的濕陷性黃土）和非自重類的濕陷性黃土。前者是原生黃土受到降雨、地下水侵害，土體自身結構遭到嚴重破壞，黃土沉降較為明顯[3]。后者主要是巖土工程中的覆土層，受到自身重力等綜合因素的影響后，土體呈濕陷性黃土性質，但這類土體并不符合濕陷性黃土的沉降要求。這類土體如果繼續受到降雨或水浸，就會形成濕陷性黃土[4]。濕陷性黃土的基本屬性，見表1。

表1 濕陷性黃土特點

表1 中，Ⅰ為土體的濕陷性輕微嚴重。Ⅱ為土體的濕陷性中等嚴重。Ⅲ為土體的濕陷性嚴重。Ⅳ為土體的濕陷性十分嚴重。了解不同濕陷性土體的特點后，對勘察過程中的巖土工程進行劃分[5]。在劃分過程中，考慮對土層進行鉆探取樣的過程具有非連續性的作業特點，因此會導致土層劃分有較大偏差，為排除工程中相關因素的影響，在劃分土層的過程中，通常會考慮上層土層和下層土層受到的阻力的差異，當上、下兩層土層間的阻力差異較小時，通常對中點滯后的點位或超前的點位進行鉆探，點位選擇如圖1所示。

圖1 土層劃分過程中的超前點與滯后點

1.2 采集土體物理指標與確定濕陷性黃土地區巖土地基承載力

在上述內容的基礎上，利用靜力觸探貫入法，勘察巖土工程，在勘察過程中，靜力觸探是在巖土工程中，輔助使用機械設備與裝置，用精準的壓力將內部有傳感器、攝像頭的探頭勻速垂直壓入不同的土層中[6]。過程如圖2所示。

圖2 靜力觸探貫入的巖土工程勘察

在勘察的過程中，需要將靜力觸探貫入上的探針（探頭）壓入土層中，土層會有一定阻力，阻力會在土層中發生傳遞，將給予探針（探頭）向上的阻力，在靜力觸探貫入裝置探頭壓入過程中，不同強度的土層給探頭的阻力不同，隨著壓入土體深度增加或壓入土體強度變大，探頭受到的阻力基于理論層面將對應增加[7]。為確保靜力觸探貫入設備在巖土工程勘察作業現場可以發揮預期的作用，須在完成上述相關內容的設計后，設計鉆探機工作方式，如圖3所示。

根據胡克定律可以得出，集成在裝置前端的探頭傳感器會根據自身受到的作用力進行受力變形感知，感知后土層對探頭產生的阻力將被轉換為電信號，對應的電信號可以輔助儀器進行直接測量或采集。根據傳感器感知的數值，得到土層的阻力信息，進而可以計算土體相關的物理指標[8]。

在上述內容的基礎上，將地基作為一個塑性剛體結構，在探頭極限下壓的荷載作用下，對應的巖土工程地基土在外部作用力下產生一定的滑移面，根據極限平衡理論，可以確定巖土地基承載力。在獲得相關參數后，計算承載力，如公式（1）所示。

式中：Q1為巖土地基承載力；CU為土體在不排水條件下的抗剪強度值；N1為與土體結構相關的承載力系數1；σO為上層覆土向下傳遞的壓力；N2為與土體結構相關的承載力系數2。

2 軟土地基處理試驗

2.1 濕陷性黃土試驗指標

為準確判斷黃土地區土體是否具有濕陷性，通過計算得出濕陷性土體的濕陷量和自重濕陷量準確數值，最終判定地基濕陷性等級。在完成巖土工程勘察后，對黃土地區的軟土地基進行試驗。在試驗前，明確濕陷性黃土的各項指標，并構建濕陷性黃土試驗指標體系，如圖4所示。

圖4 濕陷性黃土試驗指標體系

2.2 軟土地基濕陷性評價

在確定濕陷性黃土試驗指標后，對上述勘察區域的軟土地基進行濕陷性評價。結合濕陷性黃土地區上建筑建設規范要求，當es＜0.015 時，將評價區域判定為非濕陷性黃土區域；當es≥0.015 時，將評價區域判定為濕陷性黃土區域?？梢愿鶕囼灥玫降臐裣菪韵禂抵礶s，將濕陷性黃土區域劃分為3 個類別，具體類別劃分見表2。

表2 軟土地基濕陷性劃分標準

可以按照實際測定的自重濕陷量和計算的濕陷量具體數值，對研究區域的濕陷性類型進行劃分，同時在判定的過程中應滿足以下要求：當實際測量結果或計算結果的數值≤70mm時，研究區域為非自重濕陷性黃土區域；當實際測量結果或計算結果的數值＞70mm 時，研究區域為自重陷性黃土區域；如果實際測量結果與計算結果間存在矛盾問題，就需要根據自重濕陷量的實際測量結果進行判定。計算自重濕陷量如公式（2）所示。

式中：Δzs為自重濕陷量；b0為因為不同區域地質而產生差異數據的修正系數；ezsi為第i層土體的自濕陷系數；hi為第i層土體的厚度。

在判定濕陷類型后，還需要確定濕陷的具體等級?？筛鶕裣菪渣S土地區建設規范要求、濕陷量和自重濕陷量等參數，對濕陷等級進行劃分，標準見表3。

表3 濕陷等級劃分標準

表3 中，F 為不受重力影響的濕陷地；T 為重力影響的濕陷地。當不受重力影響的濕陷地的濕陷量＞600mm 且重力影響的濕陷地濕陷量＞300mm 時，可以判定試驗區域為III 濕陷等級，當其他情況時，可以判定為II 濕陷等級。計算濕陷量Δs如公式（3）所示。

式中：b為在考慮基底下方地基土可能受到水浸濕影響的情況下的修正系數。通常，當基底的深度在0m～5m 時，b為1.50；當基底的深度為5～10m 時，b為1；當基底的深度＞10m 時，此時b可取所在地區的b0值。當計算濕陷時，深度取值應該從基礎底面開始算起。在無自重濕陷條件下，累積至地基下10m。對自重濕陷黃土場地來說，累積至未濕陷土層頂部。在計算過程中，濕陷系數es＜0.015 的土層的數值不會影響最終結果。

2.3 軟土地基處理

當濕陷性黃土地區施工時，應該根據濕陷性黃土的特征和工程需要，結合當地的實際情況，采取以地基處理為主要內容的綜合措施，避免地基濕陷造成的損害。濕陷性黃土地基應該按以下規定進行處理。當使用甲類建筑物時，必須消除所有的濕陷，或者使用樁基穿過所有的濕陷黃色土層。乙類和丙類建筑物的基礎應消除局部的濕陷量。要結合具體建筑類型和環境情況等選擇地基處理方法，并對其進行全面的技術、經濟分析和對比。另外，也可以根據濕陷性黃土層的厚度選擇相應的基礎加固方法，見表4。

表4 軟土地基處理方法適用范圍

3 結語

在構筑物等相關工程項目的施工過程中，巖土工程勘察是施工前必不可少的環節，本項工作的規范性、合理性不僅與地區建成后的構筑物結構穩定性、整體安全性息息相關，還可以決定后續地區工程開發與建設的成敗。在進一步研究中發現，巖土勘察是工程設計、施工的前提條件與重要根據，因此按照規范對工程中各類結構物、建筑物的地質進行勘察，是重要的環節。目前，國內大部分建設工程仍在采用鉆探、取樣和室內試驗相結合的方式進行巖土勘查。

本文對早期方法在實施中存在的不足進行了研究，希望為建設工程項目前期的巖土勘察工作提供全面幫助，為規范軟土地基處理提供技術參考。