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摘要：湿陷性黄土是一种区域性特殊土，准确评价黄土场地的湿陷性是非常重要的。本文以呼和浩特地区某建筑场地为例，介绍了对黄土湿陷性评价的基本过程，包括湿陷类型与湿陷等级的判定，最后提出湿陷性黄土地基处理的措施。能够为具有相似工程地质条件尤其是在呼和浩特地区的工程项目提供一定的参考。
关键词：湿陷性黄土湿陷类型湿陷等级地基处理
中图分类号：P642文献标识码： A
Abstract: Collapsible loess is one kind of regional special soil and it is vital to evaluate the collapsibility of collapsible loess foundation accurately. Taking one specific collapsible loess foundation in Hohhot as an example, the main progress of how to assess the collapsibility of collapsible loess foundation is illustrated, which includes the determination of the type of collapse and the collapse grade. Then the treatment measures of collapsible loess foundation are proposed. It can provide some beneficial reference to projects with similar engineering geological conditions especially in Hohhot.
Key words: collapsible loess; the type of collapse; the collapse grade; foundation treatment
引言
在我国某些地区，分布着与一般土性质有着显著不同的特殊土，湿陷性黄土即属于其中一种特殊的土类。所谓湿陷性是指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特征[1]。目前，学术界对于这种黄土的湿陷原因提出了多种理论，包括黄土的欠压密理论、溶盐假说、结构学说等[2]，但至今尚未获得一种公认的理论能够充分揭示湿陷现象的本质。湿陷性黄土的湿陷变形引起的塌陷变形速度快、数值大，超过正常压缩变形的几倍甚至几十倍，且往往发生于地基的局部，会引起建筑物发生严重的变形甚至破坏[3]。湿陷性黄土的地基设计及处理与一般黏性土地基显著不同，在具有湿陷性的黄土地区进行工程活动时，准确评价地基的湿陷性具有十分重要的意义。我国湿陷性黄土的分布面积广阔，主要分布在山西、陕西、内蒙古、甘肃、宁夏，以及河南西部和宁夏、青海、河北部分地区[4]。在内蒙古地区，湿陷性黄土主要分布在中部地区黄河两岸鄂尔多斯市的准格尔地区、包头市以及呼和浩特市的和林地区、清水河地区。在上述的黄土地区的建筑工程施工之前的勘查阶段，查明黄土的湿陷性质，确定场地湿陷类型及地基湿陷等级，并根据场地岩土工程条件并提出适宜的地基处理方案建议是十分重要的工作。
工程概况及地层特征
某变电站位于呼和浩特市和林地区，场地地形较平坦。地貌单元属冲洪积平原。拟建建筑基础最大埋深-3.15m，基础底面处要求平均压力值Pk=180kPa[5]。
据勘探揭露，场地内地层自上而下依次由素填土(Qml)，第四系全新统冲洪积（Q4al＋pl）黄土状土、中砂、圆砾及上更新统冲洪积（Q3al＋pl）粉质粘土构成，各层土的野外特征分述如下。①层素填土(Qml)，主要由粘性土组成,含少量砖瓦碎块，结构松散，土质不均匀，层厚0.40m～1.40m，层底深度0.40m～1.40m。②-1层黄土状土（Q4al＋pl）：褐黄～黄褐色，具针状孔隙，含蜗牛壳及氧化铁条纹，具湿陷性，硬塑～软塑，以硬塑为主，层厚3.60～5.60m，层底深度4.80～6.00m。②-2层黄土状土（Q4al＋pl）：褐黄色，具针状孔隙，含蜗牛壳及氧化铁条纹，硬塑～可塑，以硬塑为主，层厚0.90～4.20m，层底深度6.50～9.20m。③层中砂（Q4al＋pl）：灰黄色，石英～长石质，混粒结构，含少量粘性土，级配良好，湿，密实状态，层厚1.20～3.20m，層底深度8.30～10.90m。④层圆砾（Q4al＋pl）：主由石英岩碎块组成，呈亚圆型，一般粒径5～15mm，最大粒径30mm，粒隙间充填30%以上的粘性土和石英质砂土颗粒，湿，中密状态，层厚0.80～2.50m，层底深度10.20～12.10m。⑤层粉质粘土（Q3al+pl）：黄褐色，含氧化铁条纹，硬塑～软塑，以可塑为主，最大揭露厚度4.80m。此外，综合勘探点见水情况及地下水位年变化幅度资料，认定可不考虑地下水对浅基础的影响。
地基土物理力学性质指标
根据室内土工试验成果，经数理统计得各层地基土的主要物理力学性质指标统计值列于表1~表3。
表1直剪（固结快剪）试验成果统计
表2 标准贯入试验实测锤击数N (击)统计
表3 重型圆锥动力触探试验锤击数(击)统计表
本场地②-1层黄土状土具湿陷性，工程性能较差。其下地层分布连续，层位较稳定，地基均匀性总的趋势是，随深度增加地层工程特性越来越好。由表1~表3统计结果可知：②-1层黄土状土：a1-2=0.30MPa-1 ，IL=0.17，具中压缩性，硬塑状态，湿陷系数δs=0.001～0.139，具湿陷性。②-2层黄土状土：a1-2=0.16MPa-1, IL=0.23，具中偏低压缩性，硬塑状态。③层中粗砂：标准贯入试验实测锤击数范围值26～47击，N=35.2击，密实状态。④层圆砾：重型动力触探试验锤击数修正值N63.5=13.8击，呈中密状态。⑤层粉质粘土：a1-2=0.19MPa-1， IL=0.32，属中偏低压缩性，可塑状态。
黄土湿陷性评价
据室内土工试验成果，少部分②层黄土状土自重湿陷系数δzs≥0.015，部分土样的湿陷系数δs大于0.015，具湿陷性。按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），计算了自重湿陷量的计算值⊿zs和湿陷量的计算值⊿s[6]，计算结果分别列于表4～5。自重湿陷量的计算值从天然地面起算，湿陷量的计算值计算时按任务书提供基础埋深-3.15m，假定建筑物±0.00为200.00m从基底起算。
表4自重湿陷量计算值⊿zs
据表4，自重湿陷量的计算值⊿zs＝14～90mm，综合考虑，拟建场地宜定为自重湿陷性黄土场地。
表5 湿陷量计算值⊿s计算
表5结果，湿陷量计算值Δs=47~376mm，按《GB 50025-2004》规范规定地基湿陷等级为II级（中等）。
地基处理方案
建场地为自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级为II级（中等）。按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）中的6.1.1及6.1.5，丙类建筑应消除地基的部分湿陷量，地基处理厚度不应小于2.50m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于200mm[6]。建议在基底下设置2.50m厚灰土垫层。当垫层压实系数不小于0.97时，灰土垫层的承载力特征值可达220kPa以上，垫层承载力可满足设计要求。当采用垫层法进行地基处理后，②-1层黄土状土成为下卧层，需对其进行承载力验算。
下卧层顶面的自重压力为pcz=γ×h，式中取γ=19kN/m3，取h= 5.15m，计算得Pcz=97.9kPa。
下卧层顶面的附加压力为
式中符号见规范，取b =1.20m，Pk=180kPa，Pc=41.1kPa，z=2.5m，θ=30°。计算得Pz=40.8kPa， Pz+Pcz=138.7kPa，下卧②-1层黄土状土修正后的承载力特征值为217.9kPa，大于Pz+Pcz =138.7kPa，②-1层黄土状土作为下卧层承载力满足设计要求。且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量均小于200mm，垫层方案成立。当采用垫层法进行地基处理时，基坑开挖深度最大约为5.15m，为保证基坑开挖边坡稳定性，建议采用1:0.45坡比放坡开挖，且坑壁3.00m以内严禁堆载。当放坡开挖不可能时，应采取支护措施，支挡设计所需参数可按表1建议值采用[7~8]。
结论及建议
在该建筑场地的勘察阶段，综合采用钻、井探、原位测试及室内土工试验相结合的方法进行。通过室内黄土湿陷性试验累计的自重湿陷量计算值，判定该场地为自重湿陷性黄土场地；进一步综合计算地基湿陷量的计算值，判定该地基的湿陷等级为II级（中等）。
在湿陷性黄土地区进行工程建设，地基应该满足承载力、湿陷变形、压缩变形和稳定性要求。工程实践表明，自重湿陷性黄土场地的湿陷事故要比非自重湿陷性的黄土场地多，而且对建筑物的危害较大。因此，在设计前对场地的湿陷类型进行准确的判定非常重要。本文提出了相应的地基处理建议，能够为类似地区尤其是呼和浩特地区的湿陷性黄土场地评价与地基处理提供一定的参考价值。
参考文献
[1] 张克恭,刘松玉.土力学(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[2] 王梅.中国湿陷性黄土的结构性研究[D].博士学位论文.太原:太原理工大学,2010.
[3] 周景星,李广信,虞石民等.基础工程(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2006.
[4] 高国瑞,韩爱民.论中国区域性土的分布和岩土性质的形成[J].岩土工程学报.2005(05).
[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.
[6] 中华人民共和国建设部.湿陷性黄土地区建筑规范(GB50025-2004)[S].北京:中国建筑工业出版社,2004.
[7] 黄生根,吴鹏,戴国亮.基础工程原理与方法[M].武汉:中国地质大学出版社,2008.
[8] 罗宇生.湿陷性黄土地基处理[M].北京:中国建筑工業出版社,2008.
关键词：湿陷性黄土湿陷类型湿陷等级地基处理
中图分类号：P642文献标识码： A
Abstract: Collapsible loess is one kind of regional special soil and it is vital to evaluate the collapsibility of collapsible loess foundation accurately. Taking one specific collapsible loess foundation in Hohhot as an example, the main progress of how to assess the collapsibility of collapsible loess foundation is illustrated, which includes the determination of the type of collapse and the collapse grade. Then the treatment measures of collapsible loess foundation are proposed. It can provide some beneficial reference to projects with similar engineering geological conditions especially in Hohhot.
Key words: collapsible loess; the type of collapse; the collapse grade; foundation treatment
引言
在我国某些地区，分布着与一般土性质有着显著不同的特殊土，湿陷性黄土即属于其中一种特殊的土类。所谓湿陷性是指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特征[1]。目前，学术界对于这种黄土的湿陷原因提出了多种理论，包括黄土的欠压密理论、溶盐假说、结构学说等[2]，但至今尚未获得一种公认的理论能够充分揭示湿陷现象的本质。湿陷性黄土的湿陷变形引起的塌陷变形速度快、数值大，超过正常压缩变形的几倍甚至几十倍，且往往发生于地基的局部，会引起建筑物发生严重的变形甚至破坏[3]。湿陷性黄土的地基设计及处理与一般黏性土地基显著不同，在具有湿陷性的黄土地区进行工程活动时，准确评价地基的湿陷性具有十分重要的意义。我国湿陷性黄土的分布面积广阔，主要分布在山西、陕西、内蒙古、甘肃、宁夏，以及河南西部和宁夏、青海、河北部分地区[4]。在内蒙古地区，湿陷性黄土主要分布在中部地区黄河两岸鄂尔多斯市的准格尔地区、包头市以及呼和浩特市的和林地区、清水河地区。在上述的黄土地区的建筑工程施工之前的勘查阶段，查明黄土的湿陷性质，确定场地湿陷类型及地基湿陷等级，并根据场地岩土工程条件并提出适宜的地基处理方案建议是十分重要的工作。
工程概况及地层特征
某变电站位于呼和浩特市和林地区，场地地形较平坦。地貌单元属冲洪积平原。拟建建筑基础最大埋深-3.15m，基础底面处要求平均压力值Pk=180kPa[5]。
据勘探揭露，场地内地层自上而下依次由素填土(Qml)，第四系全新统冲洪积（Q4al＋pl）黄土状土、中砂、圆砾及上更新统冲洪积（Q3al＋pl）粉质粘土构成，各层土的野外特征分述如下。①层素填土(Qml)，主要由粘性土组成,含少量砖瓦碎块，结构松散，土质不均匀，层厚0.40m～1.40m，层底深度0.40m～1.40m。②-1层黄土状土（Q4al＋pl）：褐黄～黄褐色，具针状孔隙，含蜗牛壳及氧化铁条纹，具湿陷性，硬塑～软塑，以硬塑为主，层厚3.60～5.60m，层底深度4.80～6.00m。②-2层黄土状土（Q4al＋pl）：褐黄色，具针状孔隙，含蜗牛壳及氧化铁条纹，硬塑～可塑，以硬塑为主，层厚0.90～4.20m，层底深度6.50～9.20m。③层中砂（Q4al＋pl）：灰黄色，石英～长石质，混粒结构，含少量粘性土，级配良好，湿，密实状态，层厚1.20～3.20m，層底深度8.30～10.90m。④层圆砾（Q4al＋pl）：主由石英岩碎块组成，呈亚圆型，一般粒径5～15mm，最大粒径30mm，粒隙间充填30%以上的粘性土和石英质砂土颗粒，湿，中密状态，层厚0.80～2.50m，层底深度10.20～12.10m。⑤层粉质粘土（Q3al+pl）：黄褐色，含氧化铁条纹，硬塑～软塑，以可塑为主，最大揭露厚度4.80m。此外，综合勘探点见水情况及地下水位年变化幅度资料，认定可不考虑地下水对浅基础的影响。
地基土物理力学性质指标
根据室内土工试验成果，经数理统计得各层地基土的主要物理力学性质指标统计值列于表1~表3。
表1直剪（固结快剪）试验成果统计
表2 标准贯入试验实测锤击数N (击)统计
表3 重型圆锥动力触探试验锤击数(击)统计表
本场地②-1层黄土状土具湿陷性，工程性能较差。其下地层分布连续，层位较稳定，地基均匀性总的趋势是，随深度增加地层工程特性越来越好。由表1~表3统计结果可知：②-1层黄土状土：a1-2=0.30MPa-1 ，IL=0.17，具中压缩性，硬塑状态，湿陷系数δs=0.001～0.139，具湿陷性。②-2层黄土状土：a1-2=0.16MPa-1, IL=0.23，具中偏低压缩性，硬塑状态。③层中粗砂：标准贯入试验实测锤击数范围值26～47击，N=35.2击，密实状态。④层圆砾：重型动力触探试验锤击数修正值N63.5=13.8击，呈中密状态。⑤层粉质粘土：a1-2=0.19MPa-1， IL=0.32，属中偏低压缩性，可塑状态。
黄土湿陷性评价
据室内土工试验成果，少部分②层黄土状土自重湿陷系数δzs≥0.015，部分土样的湿陷系数δs大于0.015，具湿陷性。按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），计算了自重湿陷量的计算值⊿zs和湿陷量的计算值⊿s[6]，计算结果分别列于表4～5。自重湿陷量的计算值从天然地面起算，湿陷量的计算值计算时按任务书提供基础埋深-3.15m，假定建筑物±0.00为200.00m从基底起算。
表4自重湿陷量计算值⊿zs
据表4，自重湿陷量的计算值⊿zs＝14～90mm，综合考虑，拟建场地宜定为自重湿陷性黄土场地。
表5 湿陷量计算值⊿s计算
表5结果，湿陷量计算值Δs=47~376mm，按《GB 50025-2004》规范规定地基湿陷等级为II级（中等）。
地基处理方案
建场地为自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级为II级（中等）。按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）中的6.1.1及6.1.5，丙类建筑应消除地基的部分湿陷量，地基处理厚度不应小于2.50m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于200mm[6]。建议在基底下设置2.50m厚灰土垫层。当垫层压实系数不小于0.97时，灰土垫层的承载力特征值可达220kPa以上，垫层承载力可满足设计要求。当采用垫层法进行地基处理后，②-1层黄土状土成为下卧层，需对其进行承载力验算。
下卧层顶面的自重压力为pcz=γ×h，式中取γ=19kN/m3，取h= 5.15m，计算得Pcz=97.9kPa。
下卧层顶面的附加压力为
式中符号见规范，取b =1.20m，Pk=180kPa，Pc=41.1kPa，z=2.5m，θ=30°。计算得Pz=40.8kPa， Pz+Pcz=138.7kPa，下卧②-1层黄土状土修正后的承载力特征值为217.9kPa，大于Pz+Pcz =138.7kPa，②-1层黄土状土作为下卧层承载力满足设计要求。且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量均小于200mm，垫层方案成立。当采用垫层法进行地基处理时，基坑开挖深度最大约为5.15m，为保证基坑开挖边坡稳定性，建议采用1:0.45坡比放坡开挖，且坑壁3.00m以内严禁堆载。当放坡开挖不可能时，应采取支护措施，支挡设计所需参数可按表1建议值采用[7~8]。
结论及建议
在该建筑场地的勘察阶段，综合采用钻、井探、原位测试及室内土工试验相结合的方法进行。通过室内黄土湿陷性试验累计的自重湿陷量计算值，判定该场地为自重湿陷性黄土场地；进一步综合计算地基湿陷量的计算值，判定该地基的湿陷等级为II级（中等）。
在湿陷性黄土地区进行工程建设，地基应该满足承载力、湿陷变形、压缩变形和稳定性要求。工程实践表明，自重湿陷性黄土场地的湿陷事故要比非自重湿陷性的黄土场地多，而且对建筑物的危害较大。因此，在设计前对场地的湿陷类型进行准确的判定非常重要。本文提出了相应的地基处理建议，能够为类似地区尤其是呼和浩特地区的湿陷性黄土场地评价与地基处理提供一定的参考价值。
参考文献
[1] 张克恭,刘松玉.土力学(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[2] 王梅.中国湿陷性黄土的结构性研究[D].博士学位论文.太原:太原理工大学,2010.
[3] 周景星,李广信,虞石民等.基础工程(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2006.
[4] 高国瑞,韩爱民.论中国区域性土的分布和岩土性质的形成[J].岩土工程学报.2005(05).
[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.
[6] 中华人民共和国建设部.湿陷性黄土地区建筑规范(GB50025-2004)[S].北京:中国建筑工业出版社,2004.
[7] 黄生根,吴鹏,戴国亮.基础工程原理与方法[M].武汉:中国地质大学出版社,2008.
[8] 罗宇生.湿陷性黄土地基处理[M].北京:中国建筑工業出版社,2008.