湿陷性黄土成因
黄土湿陷现象的成因
黄土类土是一种特殊的第四纪大陆松散堆积物，性质特殊。晋城矿区主要分布有：老黄土，一般没有湿陷性，土的承载力较高，以Ｑ２离石黄土为代表；新黄土，广泛覆盖在老黄土之上，在矿区分布广泛，与工程建筑关系密切，一般都具有湿陷性，尤以Ｑ３马兰黄土构成湿陷性土的主体。黄土在干燥时具有较高的强度，而遇水后表现出明显的湿陷性，这是由黄土本身的成分结构决定的。
黄土中含６０多种矿物，以碎屑矿物为主，并含部分黏土矿物。碎屑矿物中主要为石英、长石、碳酸岩；黏土矿物绝大多数为水云母，并有少量蒙脱石和高岭石等。易溶盐、中溶盐和有机物的含量较少。
构成黄土的结构体系是骨架颗粒，它的形态和连接形式影响到结构体系的胶结程度，它的排列方式决定着结构体系的稳定性。湿陷性黄土一般都形成粒状架空点接触或半胶结形式，湿陷程度与骨架颗粒的强度、排列紧密情况、接触面积和胶结物的性质和分布情况有关。黄土在形成时是极松散的，靠颗粒的摩擦和少量水分的作用下略有连接，但水分逐渐蒸发后，体积有所收缩，胶体、盐分、结合水集中在较细颗粒周围，形成一定的胶结连接。经过多次的反复湿润干燥过程，盐分积累增多，部分胶体陈化，因此逐渐加强胶结而形成较松散的结构形式。季节性的短期降雨把松散的粉粒黏结起来，而长期的干旱气候又使土中水分不断蒸发，于是少量的水分连同溶于其中的盐分便集中在粗粉粒的接触点处，可溶盐类逐渐浓缩沉淀而形成为胶结物。随着含水量的减少土粒彼此靠近，颗粒间的分子引力以及结合水和毛细水的连接力也逐渐增大，这些因素都增强了土粒之间抵抗滑移的能力，阻止了土体的自重压密，形成了以粗粉粒为主体骨架的多空隙结构。当黄土受水浸湿时，结合水膜增厚楔入颗粒之间，于是结合水连接消失，盐类溶于水中，骨架强度随着降低，土体在上覆土层的自重压力或在自重压力与附加压力共同作用下，其结构迅速破坏，土粒向大孔滑移，粒间孔隙减小，从而导致大量的附加沉陷。这就是黄土湿陷现象的内在过程。
１．２ 黄土湿陷性的本质和湿陷系数
黄土在一定压力作用下，受水浸湿后结构迅速破坏而产生显著附加沉陷性能，称为湿陷性。湿陷产生的根本原因是黄土具有明显的遇水连接减弱，结构趋于紧密的有利于湿陷的特殊成分和结构。衡量黄土湿陷程度的指标为“湿陷系数”即δｓ。
δｓ＝■ （１）
式中：ｈｐ为保持天然的湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定后的高度，ｃｍ；ｈｐ′为上述加压稳定后的土样，在受水作用下，下沉稳定后的高度，ｃｍ；ｈ０为土样的原始高度，ｃｍ。
当δｓ值小于０．０１５时，应定为非湿陷性黄土，当δｓ值大于或等于０．０１５时，应定为湿陷性黄土。
１．３ 黄土的自重湿陷和非自重湿陷
黄土受水浸湿后，在上部土层的饱和自重压力作用下而发生的湿陷，称为自重湿陷，否则称非自重湿陷。
划分自重湿陷和非自重湿陷黄土时，可取土样在室内作浸水压缩试验，在土的饱和自重压力下测土的自重湿陷系数δｚｓ。
即δｚｓ＝■ （２）
式中：ｈz为保持天然含水率和结构的土样，加压至土的饱和自重压力时，下沉稳定后的高度，ｃｍ；ｈz′为稳定后的土样，在受水作用下，下沉稳定后的高度，ｃｍ；ｈ０为土样的原始高度，ｃｍ。
当δｚｓ＜０．０１５时，应定为非自重湿陷性黄土；当δｚｓ≥０．０１５时，应定为自重湿陷性黄土。
１．４ 湿陷性黄土地基湿陷等级的确定
湿陷性黄土地基湿陷等级，应根据基底下各土层累计的总湿陷量Δｓ和计算自重湿陷量Δｚｓ的大小等因素确定。
Δｓ＝∑βδｓｉ ｈｉ （３）
式中：δｓｉ为第ｉ层中的湿陷系数；ｈｉ为第ｉ层土的厚度,ｃｍ；β为考虑地基土的侧向挤出和浸水几率等因素的修正系数。基底下５ ｍ（或压缩层）深度内取１．５；５ ｍ（或压缩层）深度以下，在非重湿陷性黄土场地，可不计算；在自重湿陷性场地，可按（４）式的β０值取用。
自重湿陷量Δｚｓ＝β０∑δｚｓｉ ｈｉ （４）
式中：δｚｓｉ为第ｉ层土在上覆土的饱和自重压力下的自重湿陷系数；ｈｉ为第ｉ层土的厚度,ｃｍ；β０为因土质地差异的修正系数。晋城地区取０．５。利用δｓｉ和δｚｓｉ确定湿陷等级可参考表１。
２ 湿陷性黄土地基的处理
湿陷性黄土地基处理的目的主要是通过消除黄土的湿陷性，提高地基的承载力。常用的地基处理方法有：土或灰土垫层、土桩或灰土桩、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸水法等。各类地基的处理方法都应因地制宜，通过技术比较后合理选用。
对于Ⅱ级以上湿陷性黄土地基处理如采用土或灰土垫层、土桩或灰土桩、桩基础预浸水法，不同程度存在工作量大、花费劳力多、施工现场占地大、工期长、造价高等缺点。近几年来，强夯法以其处理地基施工简便、速度快、效果好、造价低等优点，在全国湿陷性黄土地区得到广泛应用和推广，在我集团公司寺河矿，处理湿陷性黄土地基的效果也十分明显。
寺河矿联合建筑设计在Ⅱ级自重湿陷性黄土地基之上，自重湿陷量１９．６ ｃｍ，总湿陷量达３７．２５ ｃｍ，承载力也较低。经强夯处理后，终夯面以下５．５ ｍ深度范围内湿陷性完全消除，承载力显著提高。强夯后的标贯试验检测对比见表２。
２．１ 强夯的目的
通过强夯可以完全消除地基土的湿陷性，地基承载力标准值显著提高，解决场地范围地基的不均匀沉降。
强夯对于浅基础工程就不需要挖方，对基础设在２ ｍ深以内建筑物而言铲去基础范围内的表层土，进行强夯后就可直接施工基础工程。强夯施工投入劳动力少，效率高、工期也短，受天气影响不明显，不占用场地，并可做到文明施工。
２．２ 强夯的加固影响深度
Ｈ＝α■/１０ （５）
式中：Ｈ为加固深度；w为锤重，ｋＮ；h为落距，ｍ ；α为系数，其值为０．５～１．０，一般为０．６左右。
当单击能为１ ０００ ｋＮ·ｍ～ ２ ０００ ｋＮ·ｍ时，一般可消除夯面以下４ ｍ～６ ｍ深度内黄土的湿陷性。
２．３ 强夯对临近建筑的影响
通过试验表明：在相距５ ｍ范围内夯击时，相当８度地震烈度破坏；在 ２０ ｍ以外相当７度地震烈度破坏；在３０ ｍ以外，当夯击能力为２００ ｋＮ·ｍ时，对建（构）筑物基本上没有震害问题，只有相应的噪音影响。
２．４ 强夯时必须注意的问题
首先应进行设计试夯；其次，强夯施工时，应考虑含水量大小，如含水量适中，可直接强夯，否则应采取相应的措施后再夯实；第三，注意夯实时间间隔。
３ 结语
（１）黄土结构特征及其物质组成是产生湿陷的内在因素，而水的浸润和压力是产生湿陷的外部条件。
（２）消除黄土地基湿陷性的方法有多种，Ⅱ级湿陷地基处理时应选强夯法为宜。
参考文献
［１］ 唐大雄．工程岩土学［Ｍ］．北京：地质出版社，１９８７．