湿陷性黄土地区建筑设计要点浅谈

湿陷性黄土地区建筑设计要点浅谈

孙永刚

广东博意建筑设计院有限公司

【摘要】本文根据个人在湿陷性黄土地区的一些设计经验，简要介绍了在湿陷性场地上进行设计时，设计师需要注意的一些问题。另有一些设计思路供各位同行参考。

【关键词】湿陷性 防水措施 基础措施 负摩阻

【引言】

在湿陷性黄土地区，黄土湿陷性的特殊性质给这些地区的建筑带来的危害，以及给设计带来的诸多问题，是设计师永远不可回避的话题。以下是根据我近年来在这些地区的设计经验，探讨湿陷性黄土地区建筑的一些设计要点。

1湿陷性黄土特点

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后，土的结构破坏而发生显著附加变形。未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉。故在湿陷性黄土场地上进行建设时，应根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，以防止地基湿陷对建筑产生的危害。

在西北地区，特别是甘肃湿陷性黄土广泛分布。在兰州，主要是黄土状粉土以及部分马兰黄土具有湿陷性。场地的黄土状粉土，湿陷性深度大，特别是Ⅳ级湿陷场地，黄土湿陷深度大于30m比较普遍，总湿陷量甚至达到2m以上。所以自重湿陷性黄土对建筑及市政管网等危害很大，必须予以重视。

结合我在兰州等地的设计经验，我认为在湿陷性黄土上进行工程建设，必须注意以下几个方面。我把它总结为三个关键词：避让、防水、处理。

2规划要点

在规划阶段，建筑物应避让较大填方区域，重要建筑不要放在半挖半填区域。规划方案应充分了解原始地形地貌，地勘先行，了解清楚挖填区域分界线。建筑物应距离分界线应有一定的安全距离。不要在距离高大边坡较近的地方放置高层建筑。合理规划场地，做好竖向设计，场地道路，地表水保证通畅。

3防水措施

施工图设计时及在建设完成后，要根据湿陷性黄土地区规范，对不同的建筑物分类采取相应的防水措施。主要防水措施是：基本防水措施，检漏防水措施，严格防水措施以及侧向防水措施。防止存在大面积汇水区域，导致土体湿陷。特别注意对市政管网，室内泳池等设施，要定期检查，防止漏水。市政管网尽量布置在非填土区或填土较薄的区域。对于避不开的情况，应对回填土进行增湿分层压实。回填厚度较深时，短期管网可放置在地上，等沉降基本稳定时，再进行敷设。

4基础及结构措施

对建设在湿陷区域的建筑物采取地基基础措施及结构措施处理，消除或者部分消除湿陷量。例如将基础放置在非湿陷性土层或对湿陷土层域采取素土挤密等措施进行消除湿陷性，或者采用桩基础穿越全部湿陷性黄土层。调整结构布置，减小建筑物的不均匀沉降。在台地坡顶的建筑，应距离边坡留有一定的距离。建议对边坡稳定性做一个安全避让距离的评价。建议一般边坡高度不宜大于5m，建筑物距离边坡边缘的距离宜大于边坡高度，并不小于5m。

4.1地基处理措施

当采用地基处理消除全部或部分湿陷性时，应准确的通过现场采取有代表性的土样，试验确定土的最优含水量。同一块场地含水量也差别很大，地基采用挤密处理方案时尤其要重视。在兰州城关区的一块场地地勘报告显示，该场地内黄土状粉土的天然含水量在3.10-7.70%之间，平均5.22%。当时选择一块试验场地，采用素土挤密桩对15m深度的黄土湿陷性处理。对处理后的结果进行抽检，6个探井检测数据表明挤密桩桩体位置处理后的挤密系数为0.95-0.98，基本满足规范要求。但桩间土的平均挤密系数不能满足规范要求。桩间土仍具湿陷性，湿陷系数δs为0.001～0.086，自重湿陷系数δzs为0.000～0.053；6个探井总湿陷量Δs为256～635mm，总自重湿陷量Δzs为240～546mm。其中TJ4的湿陷量计算结果如表1。

表
1

所以对湿陷深度15m以内的场地，进行土挤密处理时，要控制好土的最优含水量，必要时需要对土增湿处理。最后，最关键的是要对处理后的场地应进行检测，给出场地湿陷性的评价，确定黄土的湿陷性是否消除，然后再选择合理基础选型。

4.2桩基础措施

当采用桩基础穿越湿陷性土层时，要充分考虑湿陷性土层的负摩阻力对桩承载力的影响。兰州一地块某组团地勘土层分布如下：①层素填土、②层黄土状粉土、③层马兰黄土、④层离石黄土、④1层细砂、④2层细砂、⑤层强风化泥质砂岩、⑥层中风化泥质砂岩。

本场的①层填土最大深度31m，自重湿陷场地，湿陷等级为Ⅲ级（严重）-Ⅳ级（很严重），湿陷性土层分布最大深度30m。其中④2层细砂呈散砂状，灌注桩成孔时容易塌孔，对成桩质量影响很大。⑤层强风化泥质砂岩，埋深80.0～93.0m。地勘建议采用灌注桩基础，以离石黄土或强风化泥质砂岩为持力层。设计时主要难题是桩长太长，且由于细砂层的存在，容易塌孔。由于负摩阻较大，桩承载力特征值取值较低。考虑到这些问题，我们设计采取了两种方案。一是对无细砂的区域，尽量以泥质砂岩为持力层，充分利用桩身强度，提高装承载力特征值取值，墙下布桩；二是当有细沙层又无法对细砂层处理，以砂层上一层离石黄土为持力层，采用摩擦桩，桩承载力特征值取小一些，满堂布桩。这两种方案在现场得到了验证，取得了不错的效果。值得一提的是，在设计为了得到湿陷性土层实际的侧摩阻力，我们做一次空底桩试桩，底部填稻草，直径0.9m，桩长30m，强度C45，最大试验加载4200 kN。由地勘资料可知，该层土为湿陷性土层，极限侧摩阻力为40kPa。理论计算侧阻力为Qsk=3.14x0.9x30x40=3391.2 kN。但是从实验结果来看，实际加载到4200kN时，最大沉降仅4.03mm，最大回弹量0.39mm。如图表2所示：

图
表

2

桩Q～ s曲线呈缓变型，无明显的陡降段，s-lgt曲线随时间变化沉降量变化较为平缓，呈规则近似直线排列，s～ lgQ曲线随荷载的增加其斜率呈缓慢变化。如果继续加载，实际加载结果可能会更大。分析实际加载大于理论计算的原因，一是实际土层的侧阻力确实比地勘数据大；二是可能桩底的空桩未能按设计实现，产生了端阻力。按端阻力1400 kPa估算：Qpk=0.25x3.14x0.9x0.9x1400=890.2 KN。 Qsk + Qpk=4281.4 KN。考虑端阻，理论计算和实际加载基本接近。即使这样，也不能排除实际侧阻力更大的情况。所以，用静载验证桩的承载力时，上面湿陷性土层的正向摩阻要充分考虑，以免湿陷性土层以下的土层承载力考虑不足，造成桩长过短，从而在湿陷性土层湿陷时，存在负摩阻较大的情况，导致有安全隐患。另外在这次试验中，还有一个不能忽略的细节是，桩身完整性检测中，发现个别试验桩出现缩颈现象。判断产生的原因为，桩身过长，达到78m，施工过程中侧壁的土塌孔所致。故在施工过程中应对侧壁进行保护，下钢筋笼时要有定位措施，孔口采用钢套筒等，防止桩身缩颈现象产生。

5结论

在湿陷性地区进行建设时，设计不当或对湿陷性土考虑不周，均会产生很大的安全隐患，甚至造成设计事故。规划方案合理设计，基础设计方案先择恰当，地基及结构措施设计考虑充分是安全的保证。

参考文献

[1]《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2018

[2]《湿陷性黄土地区建筑灌注桩技术规程》DB62/T25-3084-2014