王瑞民

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

禹门口提水东扩工程区位于湿陷性黄土工程地质分区的山西—冀北地区IV1亚区北部，即黄土分布区东北部边缘地带。工程有66 km长的输水地段通过湿陷性黄土地区。湿陷性黄土地基的工程地质特征研究是工程建设的基础，查明湿陷性黄土的厚度及其分布变化规律，确定湿陷性黄土的湿陷类型和地基的湿陷等级，按工程建设的特征需求，对地基进行处理十分必要。

1 工程地质特性

1.1 地貌特征

工程区地处临汾盆地中部，海拔300～700 m，最高1 200 m。主要分为基岩山区、山前倾斜平原区、洪冲积平原区三个地貌单元。

1.2 地层岩性特征

工程区湿陷性黄土层是更新世以来形成的。地貌特征决定了工程区黄土或黄土状土成因是以洪积、洪冲积为主。洪积、洪冲积成因黄土或黄土状土，分选性差，成份复杂，结构疏松，土质不均，有不规则层理，局部与砂层、砾石层透镜体交互成层，沉积环境决定了黄土层在空间上的不均一性，横向连续性差，纵向厚度变化大，湿陷性不均一，含有钙质结核，堆积厚度变化大，湿陷性大。

洪积、洪冲积成因黄土或黄土状土层以第四系全新统洪冲积（Q4pal）、上更新统洪冲积（Q3pal）、中更新统洪积（Q2pl）堆积物为主，岩性为淡黄、浅红色低液限粉土、低液限黏土，间夹级配不良砂、级配不良砾、卵石混合土层或透镜体，湿陷性土层厚度随地貌单元变化而不同，一般厚度为3.0～18.0 m。

1.3 黄土的物理力学特征

与输水线路工程地基有关的主要是第四系上更新统冲洪积（Q3pal）、中更新统洪积（Q2pl），通过对500多组土样试验资料按深度取平均值进行统计分析可知，埋深越大，土体越密实，土体强度越高，湿陷性越弱。

2 湿陷性

2.1 原因分析

影响黄土湿陷性的因素可归结为内因和外因两个方面。内因主要包括土本身的颗粒组成、矿物成分、化学成分、结构特征及含水率，孔隙是产生湿陷的必要条件；外因则主要是水和压力的作用，黄土状土的湿陷与否、湿陷量大小与其所受的有效应力之间存在密切关系，不同时代的土在饱和状态下的结构强度不同。

2.2 土的可溶盐

黄土中可溶盐溶解是湿陷产生的充分条件。资料表明，可溶盐含量并无太大差异，而土的湿陷性强弱程度却不同，说明可溶盐的赋存状态是影响湿陷性的主要因素。在地理位置较高地带，黄土层较厚，地下水位埋深大，可溶盐类以固态薄膜状、镶嵌状形式为主，对土粒的胶结作用差，故湿陷性强；在地理位置较低地带，黄土层厚度薄，地下水位埋深浅，受灌溉等人为因素影响，淋滤作用强，可溶盐类多呈离子形式存在于土粒间，对土粒的结合力作用强，故湿陷性弱。

3 黄土湿陷性评价

3.1 湿陷性评价

按照《湿陷性黄土地区建筑规范》计算自重湿陷量Δzs和湿陷量Δs。Δzs应自天然地面（当挖、填方的厚度和面积较大时，应自设计地面）算起，向下至非湿陷性黄土层的顶面止，其中自重湿陷系数δzs小于0.015的土层不累计。Δs的计算深度应自设计地基基础底面（如基底标高不确定时，自地面下1.5 m）算起，在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下10 m（或地基压缩层）深度止；在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷性黄土层的顶面止，其中湿陷系数δs（10 m以下为δzs）小于0.015的土层不累计。

针对工程特点，考虑到管道有一定的埋深，管沟开挖深度和宽度较大，对场地的湿陷性黄土评价将按以下要求进行。

湿陷性黄土场地的评价是对各竖井分别按自天然地面算起计算场地自重湿陷量，自天然地面算起计算场地湿陷量，根据计算的场地自重湿陷量及场地湿陷量，判定湿陷性黄土场地的湿陷类型及湿陷等级。

湿陷性黄土地基的评价是对各竖井分别按自设计开挖基础面算起（自天然地面下3.0 m）计算地基自重湿陷量及地基湿陷量，根据计算的地基自重湿陷量及地基湿陷量，判定湿陷性黄土地基的湿陷类型及湿陷等级。

据计算的自重湿陷量Δzs和湿陷量Δs，判定场地的湿陷类型及地基湿陷等级。

经计算，输水线路场地自重湿陷量为45.6～655.0 mm，场地湿陷量为 72.0～1457.0 mm，属（非）自重Ⅰ级（轻微）～IV（很严重）湿陷性场地；地基自重湿陷量为 43.2～768.0 mm，湿陷量为 57.0～908.0 mm，属（非）自重Ⅰ级（轻微）～IV（很严重）湿陷性地基；揭露湿陷土层深度为11.0 m，湿陷土层下限深度约16.0 m，基础以下湿陷土层厚约11.0～12.0 m。其中非自重Ⅰ级（轻微）占16.7%，自重II级（中等）占42.1%，自重III级（严重）占34.1%，自重IV级（很严重）占7.1%。

3.2 地基强度评价

对工程建设场地评价，必须考虑湿陷性黄土场地的湿陷类型和地基的湿陷等级，特别是对湿陷起始压力的分析，通过计算分析不同建筑物基础的实际荷载应力情况，当实际荷载应力大于地基土的湿陷起始压力，如有渗漏水将会发生湿陷变形，产生不均匀沉陷，破坏建筑物稳定。不同地段湿陷程度及地基沉降变形量的不同，设计时应根据场地的湿陷类型、地基的湿陷等级和场基土的湿陷起始压力来考虑对地基土层的加固处理措施，以满足工程建筑的技术要求。

3.3 地基性质变化预测

工程区为干旱、半干旱季风气候，冬春季节风大雨少，地基土层含水率较低，夏秋季节雨水充沛，工程建筑物地基土必然受到水的浸润，引起地基土层的含水率变化，湿陷性黄土地基性能也将会发生显著改变。实践证明，由于不均匀渗水，不仅会产生不同程度的沉降变形，而且还可能造成地基局部失稳破坏。强调预测工作就是要充分认识到水是湿陷性黄土地基最不利的因素，应对地基采取必要的防渗措施。对输水管道地基、过沟建筑物地基及边坡湿陷稳定问题，在设计施工中应加以重视，按相关规定要求进行地基工程处理。

4 湿陷性黄土地基工程处理措施

湿陷性黄土地基工程处理措施应根据其特点和工程要求，因地制宜采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷，保证建筑物的安全和正常运行。在对湿陷性黄土地基不处理或部分消除地基湿陷量的情况下，应采取防水措施和结构措施。

湿陷性黄土地基处理方法很多。如垫层法、挤密法、夯实法、桩基法、预浸水法、单液硅化法和碱液加固法等。工程实践证明，夯实（强夯）法、挤密法、桩基法等方法，处理湿陷性黄土地基效果好，地基湿陷性处理可靠，一方面能提高地基承载能力，另一方面消除湿陷深度大，可处理湿陷性土层厚度3～15 m。但考虑到输水管道线路长，基坑开挖深度达3～5 m，宽度约3～5 m，施工场地局限性大，且地面震动大，困难多，工期长，一般情况下不采用。

从地基变形特点及工程要求来看，适宜选择消除地基部分湿陷量结合防水措施与结构措施相结合的方法。为弥补地基处理的不足，防止建筑物变形破坏，需加强防水措施，必要时采取结构措施。

根据工程特点，采用的PCCP管道是一种安全性能很高的管道，在管道制作和安装质量保证的前提下可以做到不漏水，按丙类建筑物考虑。由于线路基础开挖深度多在3 m以上，湿陷量较大的土层已被挖除。对不同级别湿陷性黄土地基拟定以下设计措施：

对所有湿陷性地基采取结构及基本防水措施，管床开挖后，在其上填（夯）筑30～50 cm厚的3:7灰土垫层，然后再铺筑碎石或粗砂管床。灰土垫层的厚度对于自重湿陷性场地为50 cm，对于非自重湿陷性场地为30 cm。

对严重（或很严重）湿陷性黄土地基，除进行灰土垫层处理外，还应对基础面以下湿陷性土层进行夯实（重夯）处理。

管基处理要考虑湿陷起始压力，若管基上覆荷载与填土饱和自重压力之和小于湿陷起始压力，可不予处理。