平頂山膨脹土特征及工程措施探討

1、平頂山市膨脹土的工程地質(zhì)特征及工程措施探討王榮彥 鄭州，450053）擇要：本文簡要介紹了平頂山市膨脹土的分布及工程地質(zhì)特征，并指出在勘察中應(yīng)注意的問題及常采用的工程措施。 關(guān)鍵詞：平頂山膨脹土 工程地質(zhì)特征工程措施前言平頂山市位于河南省中西部，市區(qū)面積約60km2，市區(qū)人口 50萬人。區(qū)內(nèi)資源豐富，盛產(chǎn)煤炭， 年產(chǎn)煤炭2億噸，為全國十大煤炭基地之一。區(qū)內(nèi)漯寶鐵路橫穿市區(qū)，連接京廣與焦枝線，交通方便。 近十余年來，區(qū)內(nèi)多層與高層建鄰次櫛比，但由于對(duì)地基重視不夠或利用不當(dāng)，出現(xiàn)了一些建筑物開裂 或地基失穩(wěn)等問題，本文在總結(jié)有關(guān)地質(zhì)資料基礎(chǔ)上提出一些見解或看法，供同行參考。區(qū)內(nèi)地質(zhì)地貌概況平頂山市

2、區(qū)地處伏牛山脈與黃淮平原過渡地帶，區(qū)內(nèi)地貌類型復(fù)雜，在市區(qū)北部為山前傾斜平原及 低山丘陵，位于市區(qū)北部3km的平頂山峰，海拔高度約400m。市區(qū)東南部為沙河沖積平原，地形平坦 開闊。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，市區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)為晚更新世地層但表層有數(shù)米的第四紀(jì)全新世沖積物，市區(qū)北 部為早更新世粘土。區(qū)內(nèi)覆蓋層厚度為80-100m，基底為寒武系鮞狀灰?guī)r及泥質(zhì)頁巖。區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的 隱伏斷裂有2條，即平頂山斷裂和九里山斷裂，新生代以來活動(dòng)跡象微弱。平頂山市膨脹土的工程地質(zhì)特征2.1分布特征平頂山市的膨脹土主要為早更新世（QL）湖相沉積的硬塑一堅(jiān)硬粘土，在市區(qū)北部出露寬1-2km， 厚4-8m，夾灰白色泥質(zhì)碎石。

3、在市區(qū)中心埋藏于地表下3-6m，巖性為硬塑一堅(jiān)硬粘土，呈褐黃、棕 紅、灰白、灰綠等色，富含鈣質(zhì)結(jié)核，局部聚集成層，厚50m左右。其中在市區(qū)約18m以下硬粘土中 閉合裂隙發(fā)育。向市區(qū)東南部逐漸深埋于地表下11-23m以下。根據(jù)地層的時(shí)代、成因、巖性及各土層 的物理、力學(xué)指標(biāo)將60m勘探深度內(nèi)的地層劃分為以下11個(gè)工程地質(zhì)層，其中膨脹土特點(diǎn)見表2.2.1 和表 2.2.2.1。2.2工程地質(zhì)特征2.2.1各層膨脹土的物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，除、層外，其余各層均有一定的脹縮性，現(xiàn)將第及-11）層的各層膨脹 土的物理、力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)，見表2.2.1.1和表2.2.1.2。由表2.2.1

4、.1和表2.2.1.2矢口，除第層外， 以下各層土均呈硬塑一堅(jiān)硬狀態(tài)，呈中等-低壓縮性，承載力較高。2.2.2各層膨脹土的脹縮性指標(biāo)及膨脹潛勢(shì)2.2.2.1各層膨脹土的脹縮性指標(biāo)各層膨脹土的脹縮性指標(biāo)見表2.2.2.12.2.2.2膨脹土地基的膨脹潛勢(shì)由表2.2.2.1知，除第層粉質(zhì)粘土為弱膨脹潛勢(shì)外，其余各層自由膨脹率一般65%，均為中等膨 脹潛勢(shì)。經(jīng)計(jì)算其脹縮變形量為零。2.2.3平頂山地區(qū)大氣影響深度膨脹土地基的脹縮變形一般只發(fā)生在地表一定深度內(nèi)即膨脹土的活動(dòng)帶內(nèi)，膨脹土的活動(dòng)帶即指 大氣影響深度，大氣影響深度是指在自然氣候作用下，由降水、蒸發(fā)、地溫等因素引起土的升降變形的 有效深度。據(jù)

5、測(cè)算，當(dāng)?shù)貪穸认禂?shù)Ww一般在0.7-0.8之間，其大氣影響深度da 一般4m，大氣影響急劇層深度為1.51.8m。各層膨脹土的物理、力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表表2.2.1.1時(shí)代層號(hào)土層名稱層底深度m層厚m含水量W(%)重度rKN/m3孔隙比e液限Wl(%)塑限W p(%)塑性指數(shù)IP (%)液性指數(shù)ILQal粉質(zhì)粘土0.9-2.20.9-2.221.3-28.918.8-20.20.798-0.84032.7-54.318.9-29.11.3.8-25 . . 30.01-0.174粘土4 5-6 0_25-4 522 9-27 219 2-20 00690-0 75645 4-50 724 0-27

6、221 2-23 4_-0 05-0 08_粘土7 5-10 04 5-6 021 9-26 519 3-20 00678-0 75143 1-45 022 9-27 418 8-22 9-0 02- 06Q1l粘土13 0-1453 0-4 520 0-32 418 7-20 00689-0 77041-53 217 6-30 414 5-28 8-0 16-0 1粘土17.52.7-3.619 .4-29.418.8-20.90. 563-0.7639-53.022.0-27.917.1-25.3-0.16-0.07粘土20 516 2-33 0_18 5-21 50 560-0 7603

7、8 6-56 419 3-28 3_14 6-28 1-0 13-0 05_粘土36 5_d318 2-24 020 2-21 1_0 537-0 65_37 3-48 920 8-24 9_13 9-24 0-0 15-0 00_(11)粘十49.5816.2-18.020.3-21.10.460-0.5128.2-43.117.2-23 .411.0-22.0-0.15-0.00注：稍密粉砂，厚1m左右；軟塑粉質(zhì)粘土，厚1-1.5m；含泥砂卵石，稍-中密，厚0.5-1m，均為非膨脹土。各主要膨脹土層的抗剪強(qiáng)度、承載力及壓縮模量指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表表2.2.1.2層號(hào)十層名稱C (Kpa) (0 )f

8、a, (Kpa)Es (Mpa)粉質(zhì)粘土30-4013-171506.0粘土34-4517-19.4240-28011.3-18.0粘土250-29014.5-18.0粘土40-6016-2130020各層膨脹土的脹縮性指標(biāo)表2.2.2.1層號(hào)十層名稱含水量W (%)塑限Wp (%)自由膨脹 率。ef %50Kpa 下膨脹率0 eP收縮系數(shù)入s膨脹力Pe (Kpa)備注粉質(zhì)粘土21.3-28.918.9-29.142-68.0-0.160.480.21-0.3410.8-34.0粘土22.9-27.224.0-27.261-71.0-0.801.260.28-1.3918-83.0粘土21.9

9、-26.522.9-27.470-83.0鈣質(zhì)結(jié)核含量10-30%粘土20.0-32.417.6-30.453-78.0粘土19.4-29.422.0-27.961鈣質(zhì)結(jié)核含量15%粘土16.2-33.019.3-28.346-76鈣質(zhì)結(jié)核含量20%粘土18.2-24.020.8-24.973鈣質(zhì)結(jié)核含量15%(11)粘土16.2-18.017.2-23.4762.2.4平頂山市區(qū)膨脹土的場地劃分按照文獻(xiàn)2及當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)，平頂山市區(qū)山前地帶，地形坡度一般1030度，屬坡地場地，而市 區(qū)內(nèi)地形平緩，變化不大，屬平坦場地。2.2.5地下水條件區(qū)內(nèi)地下水類型為潛水,主要賦存于場地表層5m內(nèi)的粉質(zhì)粘土

10、及粉砂或中、粗砂層中，其補(bǔ)給來源 為大氣降水及生產(chǎn)、生活用水的下滲，水位埋深2-2.5m，水位變化受季節(jié)影響，年變幅在1.0m左右， 水質(zhì)類型一般為HCO3Ca、Mg型水，礦化度0.5-0.7g/l。按照巖土工程勘察規(guī)范“GB50021-2001”附錄G因場地環(huán)境類別屬III類，判定地下水對(duì)III類場地 環(huán)境中的砼結(jié)構(gòu)及砼中的鋼筋無腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。3.0膨脹土地基評(píng)價(jià)3.1場地土類型及建筑場地類別平頂山市的抗震設(shè)防烈度為6度，地震分組為第一組，地震基本加速度為0.05g.。場地內(nèi)20m以內(nèi) 各土層剪切速平均值為235-255m/s,場地土為中軟場地土但接近中硬場地土,覆蓋層厚度在5

11、0-80m之 間，場地屬山類建筑場地但接近U類建筑場地。3.2膨脹土地基評(píng)價(jià)1、平頂山市區(qū)內(nèi)一般為平坦場地，區(qū)內(nèi)第及-(11)層的各層土均為膨脹土，其中第層為弱脹 潛勢(shì)，第-(11)層為中等膨脹潛勢(shì)，計(jì)算地基脹縮量為零。因區(qū)內(nèi)地下水位埋深在2.0-2.5m之間，水位 埋深較淺，故膨脹土層中含水量的變化較小，其膨脹性和收縮性不能得到發(fā)揮，按文獻(xiàn)3可按一般地 基進(jìn)行設(shè)計(jì)，即按一般地基的變形和強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。但從長期看，當(dāng)區(qū)內(nèi)地下水位持續(xù)下降且幅度較大 時(shí)，就不能按一般地基考慮，而需要按膨脹土地基進(jìn)行設(shè)計(jì)。地基勘察與施工中應(yīng)注意的問題應(yīng)嚴(yán)格按照膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范(GB112-87)的要求執(zhí)行，勘察

12、必須以查清區(qū)內(nèi) 膨脹土層的分布特征及脹縮特性為目的。場地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)問題對(duì)大于14的坡地場地必須進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，調(diào)查場地是否存在蠕滑變形及場地內(nèi)是否存在傾向坡面 的軟弱結(jié)構(gòu)面。準(zhǔn)確計(jì)算場地膨脹土的脹縮等級(jí)，并確定可否按一般地基進(jìn)行設(shè)計(jì)。地下水的勘察，除了常規(guī)要求外，應(yīng)注意近3-5年內(nèi)場地地下水的動(dòng)態(tài)特征，是否連續(xù)下降， 并預(yù)測(cè)地下水位連續(xù)下降的可能性，以及因此而可能引起的膨脹土的脹縮變形問題。不考慮地基土脹縮性的條件：當(dāng)基礎(chǔ)埋藏較深即持力層和主要受力層在水位多年變幅以下時(shí)，地基土含水量比較穩(wěn)定,其膨 脹性和收縮性不能得到發(fā)揮，此時(shí)可不考慮地基土的脹縮性。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)鼗寥?、中鈣質(zhì)結(jié)核含量5

13、%時(shí)，其強(qiáng)度接近碎石土，可 不考慮地基土的脹縮性?；娱_挖時(shí)，當(dāng)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)立即澆注混凝土墊層或采取封閉坑底措施，避免坑底過長 曝曬、風(fēng)干、浸濕或充水。加強(qiáng)對(duì)當(dāng)?shù)亟ㄖ锝Y(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)形式、埋深及損壞、開裂情況的調(diào)查，分析原因，反過來指 導(dǎo)勘察工作。工程措施根據(jù)上部建筑物特征，預(yù)估的基坑埋深、場地條件、地下水條件及膨脹土工程地質(zhì)特征綜合確定 可能采取的工程措施,詳見表5.0。場地選擇建筑場地應(yīng)選擇在地形平坦且排水暢通的平坦場地及膨脹土埋藏較深，脹縮性較弱地帶，應(yīng)該避 開地形、地貌復(fù)雜，地裂、沖溝發(fā)育，存在潛在軟弱結(jié)構(gòu)及地下水位可能劇烈變化的地段。適宜的基礎(chǔ)埋深按照規(guī)范要求并結(jié)合平頂山市膨脹

14、土特點(diǎn)，對(duì)多層建筑，基礎(chǔ)埋深應(yīng)大于1.5m (即大于大氣影響 急劇層深度），對(duì)于小高層和高層建筑，基礎(chǔ)埋深一般較大（均大于大氣影響急劇層深度），應(yīng)根據(jù)使用 功能決定。（3）地基處理采用換土墊層、土性改良等措施，以減少膨脹土的脹縮影響。（4）復(fù)合地基和樁基處理：對(duì)于小高層和高層建筑，基礎(chǔ)埋深一般較大（均大于大氣影響急劇層深 度），當(dāng)水位埋藏淺時(shí)，可不考慮膨脹土地基的影響?？砂匆话愕鼗M(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)采用天然地基不能滿 足承載力和變形要求時(shí)，需采用復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)。事實(shí)上采用樁基可以消除膨脹土的影響。不同建筑物在平頂山膨脹土地區(qū)采取的的工程措施表5.0建筑物特三層及以下48層8-17 層17層以上上部

15、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)磚混結(jié)構(gòu)，缺乏調(diào)節(jié)不均勻變形能力框架或磚混結(jié)構(gòu)，有一定的調(diào)節(jié)不均勻變形能力框架結(jié)構(gòu)，有一定的 調(diào)節(jié)不均勻變形能力框架剪力墻結(jié)構(gòu)，有一定的調(diào)節(jié)不均勻變形能力予估基礎(chǔ)埋深（m）1.52.0設(shè)半層或1層地下室4.0 或 6.0設(shè)1層地下室，6.0持力層選擇或或是否考慮脹縮變形需考慮層需考慮，層不必考慮不考慮，可按一般地基進(jìn)行設(shè)計(jì)不考慮，可按一般地基進(jìn)行設(shè)計(jì)工程措施換土墊層和條形基礎(chǔ)換土墊層、條形基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)箱、筏板基礎(chǔ)或復(fù)合地基復(fù)合地基或人工挖孔樁基礎(chǔ)結(jié)論1、平頂山市區(qū)內(nèi)一般為平坦場地，區(qū)內(nèi)第及-（11）層的各層土均為膨脹土，其中第層為 弱膨脹潛勢(shì)，第-（11）層為中等膨脹潛勢(shì)，經(jīng)計(jì)算地基脹縮量為零。2、場區(qū)內(nèi)地下水位埋深在2.0-2.5m之間，水位埋深較淺，故膨脹土層中含水量的變化較小， 其膨脹性和收縮性不能得到發(fā)揮，按文獻(xiàn)3可按一般地基進(jìn)行設(shè)計(jì)，即按一般地基的變形和強(qiáng)度進(jìn)行 驗(yàn)算。但從長期看，當(dāng)區(qū)內(nèi)地下水位持續(xù)下降且幅度較大時(shí)，就不能按一般地基考慮，而應(yīng)按膨脹土地 基進(jìn)行設(shè)計(jì)。3