CN108169456A - 一种湿陷性黄土预估大压力评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种湿陷性黄土预估大压力评价方法，1、采用开挖探井对湿陷性黄土进行勘察；2、湿陷性试验按照大压力进行试验，进而测试得到黄土的湿陷系数δ_s、自重湿陷系数δ_zs及湿陷起始压力p_sh；3、按预估大压力计算黄土湿陷性，得到黄土场地的湿陷量和自重湿陷量，判定场地湿陷类型、地基湿陷等级和湿陷下限深度；4、考虑大压力下黄土地基湿陷等级、湿陷下限深度以及黄土和桩端持力层在大压力下的湿陷性试验和评价结果，合理确定地基处理深度、桩端持力层和桩长。该方法较为准确、合理地确定湿陷性黄土地基湿陷等级、湿陷下限深度和概算地基基础的工程造价，确保投资可控、建(构)筑物的地基基础达到安全和可靠具有重要的作用和工程意义。

Description

一种湿陷性黄土预估大压力评价方法

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，涉及湿陷性黄土的勘察与评价，具体涉及一种湿陷性黄土预估大压力评价方法。

背景技术

黄土在我国主要分布在北纬33°～47°的黄河流域、甘肃河西走廊、新疆、松辽平原等地，其堆积时代包括整个第四纪，全新世和晚更新世黄土为新黄土，中更新世和早更新世黄土为黄土。黄土属于特殊土，物理力学性质常随成岩时代、成岩地区表现出一定的差异性，湿陷性黄土是黄土的一种。

湿陷性主要指黄土在一定的压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉的性质。一般全新世黄土(Q₄)的干密度较小、孔隙比较大、压缩变形大、渗透性强，干燥状态有一定强度，但遇水饱和后强度会迅速降低，具较强的湿陷性；晚更新世黄土(Q₃)结构强度偏低，孔隙大，遇水湿陷性强；中更新世黄土(Q₂)主要由较为致密的黄土、古土壤和钙质结核层相间组成，密度大、渗透性低、压缩性小，通常无湿陷性；早更新世黄土(Q₁)黄土一般较薄，实际工程中遇到较少，强度大、压缩性小、无湿陷性。

黄土区勘察内容和精度既要满足一般地区的勘察要求，又要考虑到它遇水具有湿陷变形的特殊性，勘察方法主要有钻探、井探、洛阳铲以及工程地质调查等。对于以查明黄土湿陷性为主时，采用探井取不扰动样进行室内试验，测定黄土的湿陷系数δ_s、自重湿陷系数δ_zs及湿陷起始压力p_sh，进而评价场地湿陷类型和地基湿陷等级。在湿陷性黄土地区的工程建设中，场地湿陷类型、地基湿陷等级及其湿陷下限深度等直接关系到建(构)筑物地基基础方案的选择，同时对工程的质量、安全、造价等有很大的影响，在厚层黄土分布区，探井深度应达到查明湿陷性的下限深度的要求。国家标准《GB50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范》4.3.3条规定，测定湿陷系数δs的试验压力，基底下10m以内的土层应用200kPa，10m以下至非湿陷性黄土层顶面，应用其上覆土的饱和自重压力(当大于300kPa压力时，仍应用300kPa)；当基底压力大于300kPa时，宜用实际压力。上述的湿陷性试验和评价方法，可以满足常规工业与民用建筑的勘察设计要求，而对于发电厂主厂房、烟囱、冷却塔等荷重较大、变形敏感的这类大型工业建筑，不仅基底压力大且准确的实际基底压力需要到施工图设计中才能确定下来。对于可行性研究阶段和初步设计阶段，地基基础方案的选择又需要较为可靠的湿陷性评价结果，从而避免前期阶段评价不合理，导致施工图设计地基基础方案发生大的方案调整和工程费用不足，或者对工程质量和安全造成不良影响。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题，提供一种湿陷性黄土预估大压力评价方法。该方法较为准确、合理地确定湿陷性黄土地基湿陷等级、湿陷下限深度和概算地基基础的工程造价，待施工图设计阶段基底压力条件确定后，可根据实际压力进行复核，确保投资可控、建(构)筑物的地基基础达到安全和可靠具有重要的作用和工程意义。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种湿陷性黄土预估大压力评价方法，包括以下步骤：

步骤1、采用开挖探井对湿陷性黄土进行勘察，在探井中采取I级不扰动土样，探井取样方法为边挖井边取样或探井完成后在井壁取样，取样后立即封样并运送至土工试验室进行湿陷性试验；

步骤2、湿陷性试验按照大压力进行试验，最大试验压力选择如下：

0m～10m为400kPa；10m～20m为600kPa；20m～30m为800kPa；30m～40m为1000kPa；40m以下为1200kPa；

试验采用分级加荷至试样的规定压力，下沉稳定后，试样浸水饱和，附加下沉稳定，试验终止；分级加荷要求为：

在0kPa～200kPa压力范围内，每级增量为50kPa；大于200kPa压力，每级增量100kPa；

进而测试得到黄土的湿陷系数δ_s、自重湿陷系数δ_zs及湿陷起始压力p_sh；

步骤3、按预估大压力计算黄土湿陷性，得到黄土场地的湿陷量和自重湿陷量，根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值，判定场地湿陷类型、地基湿陷等级和湿陷下限深度；

步骤4、考虑大压力下湿陷性黄土地基湿陷等级、湿陷下限深度以及黄土和桩端持力层在大压力下的湿陷性试验和评价结果，合理确定地基处理深度、桩端持力层和桩长。

作为本发明的进一步改进，步骤1中，试样尺寸为20cm×20cm×20cm，竖向取样间距为1.5m～2.0m，单层土厚度大且土质均匀时，竖向取样间距取大值。

作为本发明的进一步改进，步骤3中，湿陷性黄土场地自重湿陷量的计算值Δ_zs，应按下式计算：

式中δ_zsi——第i层土的自重湿陷系数；

h_i——第i层土的厚度(mm)；

β₀——因地区土质而异的修正系数；

自重湿陷量的计算值Δ_zs，自天然地面算起，至其下非湿陷性黄土层的顶面止；其中自重湿陷系数δ_zs值小于0.015的土层不累计。

作为本发明的进一步改进，步骤3中，湿陷量的计算值Δ_s，应按下式计算：

式中δ_si——第i层土的湿陷系数δ_si，采用p-δs曲线上按预估基础附加压力和上覆土饱和自重压力之和对应的湿陷系数δs值：0m～10m取400kPa，10m～20m取600kPa，20m～30m取800kPa，30m～40m取1000kPa；

h_i——第i层土的厚度(mm)；

β——考虑基底下地基土的受力状态及地区等因素的修正系数；

湿陷量的计算值Δ_s的计算深度，应自基础底面算起；在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下10m深度止；在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷黄土层的顶面止；其中湿陷系数δs小于0.015的土层不累计。

作为本发明的进一步改进，步骤3中，湿陷下限深度为土样在预估大压力下对应的湿陷系数小于0.015的深度。

作为本发明的进一步改进，步骤3中，按《GB50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范》判定场地湿陷类型、地基湿陷等级。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明对于发电厂这类工业建筑基底压力大，湿陷性评价要求高，在可行性研究阶段和初步设计阶段考虑大压力下湿陷性黄土地基湿陷等级、湿陷下限深度以及诸如黄土和桩端持力层在大压力下的湿陷性试验和评价结果，进行合理确定地基处理深度、桩端持力层和桩长，从而较为准确地概算地基基础的工程造价，待施工图设计阶段基底压力条件确定后，可根据实际压力进行复核，确保投资可控、建(构)筑物的地基基础达到安全和可靠具有重要的作用和工程意义。对比标准压力计算和预估大压力计算可以得出，预估大压力计算的数据更加准确反映黄土的湿陷性和湿陷下限深度，评价场地湿陷类型和地基湿陷等级更加准确，前期阶段评价更加合理。

附图说明

图1为本发明中探井地层分层和取样深度示意图；

图2为本发明中自重湿陷系数δ_zs随深度变化曲线；

图3为本发明中标准压力下湿陷系数δ_s随深度变化曲线；

图4为本发明中预估压力下湿陷系数δ_s随深度变化曲线。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解。

本发明一种湿陷性黄土预估大压力评价方法，按照以下步骤进行：

步骤1、湿陷性黄土的勘察采用开挖探井，探井深度根据地区经验和类似工程确定，在探井中采取I级不扰动土样，探井取样方法为边挖井边取样或探井完成后在井壁取样，试样尺寸为20cm×20cm×20cm。竖向取样间距一般为1.5m～2.0m，单层土厚度大且土质均匀时，竖向取样间距取大值。取样后立即封样并运送至土工试验室。

步骤2、湿陷性试验除按常规压力进行外，还应进行大压力试验。最大试验压力按预估饱和自重压力和附加压力的原则共同确定:0m～10m为400kPa；10m～20m为600kPa；:20m～30m为800kPa；30m～40m为1000kPa；40.0m以下为1200kPa。

室内压缩试验主要用来测定黄土的湿陷系数δ_s、自重湿陷系数δ_zs及湿陷起始压力p_sh。试验采用分级加荷至试样的规定压力，下沉稳定后，试样浸水饱和，附加下沉稳定，试验终止。在0kPa～200kPa压力范围内，每级增量为50kPa；大于200kPa压力，每级增量100kPa。

步骤3、湿陷性黄土场地自重湿陷量的计算值Δ_zs，应按下式计算：

式中δ_zsi——第i层土的自重湿陷系数；

h_i——第i层土的厚度(mm)；

β₀——因地区土质而异的修正系数，在缺乏实测资料时，可按下列规定取值：

1)陇西地区取1.50；

2)陇东—陕北—晋西地区取1.20；

3)关中地区取0.90；

4)其它地区取0.50。

自重湿陷量的计算值Δ_zs，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，至其下非湿陷性黄土层的顶面止，其中自重湿陷系数δ_zs值小于0.015的土层不累计。

步骤4、按标准压力计算黄土湿陷性，湿陷量的计算值Δ_s，应按下式计算：

式中δ_si——第i层土的湿陷系数，基础下0m～10m应用200kPa，10m以下至非湿陷性黄土层顶面，采用300kPa或应用其上覆土的饱和自重压力。

h_i——第i层土的厚度(mm)；

β——考虑基底下地基土的受力状态及地区等因素的修正系数，在缺乏实测资料时，可按下列规定取值：

1)基底下0m～5m深度内，取β＝1.50；

2)基底下5m～10m深度内，取β＝1；

3)基底下10m以下至非湿陷性黄土层顶面，在自重湿陷性黄土场地，可取工程所在地区的β₀值。

湿陷量的计算值Δ_s的计算深度，应自基础底面(如基底标高不确定时，自地面下1.50m)算起；在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下10m(或地基压缩层)深度止；在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷黄土层的顶面止。其中湿陷系数δs(10m以下为δzs)小于0.015的土层不累计。根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值等因素，按《GB50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范》表4.4.7判定场地湿陷类型、地基湿陷等级。

步骤5、按预估大压力计算黄土湿陷性，湿陷量的计算值Δ_s计算公式与标准压力相同，第i层土的湿陷系数δ_si，采用p-δs曲线上按预估基础附加压力和上覆土饱和自重压力之和对应的湿陷系数δs值。对火力发电厂300MW及以下机组0m～10m取300kPa，10m～20m取500kPa，20m～30m取700kPa，30m～40m取900kPa，40m以下采用1000kPa；对火力发电厂600MW及以上机组0m～10m取400kPa，10m～20m取600kPa，20m～30m取800kPa，30m～40m取1000kPa，40m以下采用1200kPa。

以上计算湿陷系数δs小于0.015的土层不累计。从上至下，土样在预估大压力下对应的湿陷系数小于0.015的深度为湿陷下限。根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值等因素，按《GB50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范》表4.4.7判定场地湿陷类型、地基湿陷等级。

实施例

如图1所示，某新建电厂工程装机容量为2×660MW进行可行性研究阶段勘察，场地地貌单元属陇东黄土高原梁、峁区，要求查明湿陷特性指标以及湿陷下限深度，对场地的湿陷类型和地基的湿陷等级进行评价。

步骤1，湿陷性黄土的勘察采用开挖探井，探井深度根据地区经验和类似工程确定为40m，在探井中采取I级不扰动土样，探井取样方法为边挖井边取样，试样尺寸为20cm×20cm×20cm。在勘探深度40m内，地层根据工程性能和特征分为3层，各层土土质均匀，竖向取样间距为2.0m，取样后立即封样并运送至土工试验室。

步骤2，湿陷性试验进行大压力试验，0m～10m为400kPa；10m～20m为600kPa；:20m～30m为800kPa；30m～40m为1000kPa。

试验采用分级加荷至试样的规定压力，下沉稳定后，试样浸水饱和，附加下沉稳定，试验终止。在0kPa～200kPa压力范围内，每级增量为50kPa；大于200kPa压力，每级增量100kPa。

测定得到黄土的湿陷系数δ_s、自重湿陷系数δ_zs及湿陷起始压力p_sh。

步骤3，湿陷性黄土场地自重湿陷量的计算值Δ_zs，按下式计算：

式中δ_zsi——第i层土的自重湿陷系数，按图2自重湿陷系数δ_zs随深度变化曲线确定；

h_i——第i层土的厚度(mm)；

β₀——陇东地区取1.20；

自重湿陷量的计算值Δ_zs自天然地面算起，至其下非湿陷性黄土层的顶面止，其中自重湿陷系数δ_zs值小于0.015的土层不累计，按图2确定自重湿陷下限深度为31m。自重湿陷量的计算值Δ_zs为1248mm。

步骤4，按标准压力计算黄土湿陷性，湿陷量的计算值Δ_s，按下式计算：

式中δ_si——第i层土的湿陷系数，基础下0m～10m应用200kPa，10m以下至非湿陷性黄土层顶面采用300kPa，当上覆土的饱和自重压力大于300kPa时，采用上覆土的饱和自重压力，如图3标准压力下湿陷系数δ_s随深度变化曲线。

h_i——第i层土的厚度(mm)；

β——考虑基底下地基土的受力状态及地区等因素的修正系数，在缺乏实测资料时，可按下列规定取值：

1)基底下0m～5m深度内，取β＝1.50；

2)基底下5m～10m深度内，取β＝1；

3)基底下10m以下至非湿陷性黄土层顶面，取本工程所在地区的β₀值，即1.2。

湿陷量的计算值Δ_s的计算深度，应自地面下1.50m算起；在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷黄土层的顶面止，其中湿陷系数δs小于0.015的土层不累计，按图3确定湿陷下限深度为31m。湿陷量的计算值Δ_s为1659.5mm，根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值等因素，按《GB50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范》表4.4.7判定场地为自重湿陷性场地类型，地基湿陷等级为Ⅳ(很严重)。

步骤5，按预估大压力计算黄土湿陷性，湿陷量的计算值Δ_s计算公式与标准压力相同，第i层土的湿陷系数δ_si，采用p-δs曲线上按预估基础附加压力和上覆土饱和自重压力之和对应的湿陷系数δs值：0m～10m取400kPa，10m～20m取600kPa，20m～30m取800kPa，30m～40m取1000kPa。

以上计算湿陷系数δs小于0.015的土层不累计。从上至下，土样在预估大压力下对应的湿陷系数小于0.015的深度为湿陷下限，按图4确定湿陷下限深度为39m。湿陷量的计算值Δ_s为2801.1mm，根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值等因素，按《GB50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范》表4.4.7判定场地为自重湿陷性场地类型，地基湿陷等级为Ⅳ(很严重)。

对比标准压力计算和预估大压力计算可以看出，黄土随着压力的增加湿陷量和湿陷下限深度增加较大。考虑大压力下湿陷性黄土地基湿陷等级、湿陷下限深度以及黄土和桩端持力层在大压力下的湿陷性试验和评价结果，可合理确定地基处理深度、桩端持力层和桩长，从而较为准确地概算地基基础的工程造价。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种湿陷性黄土预估大压力评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采用开挖探井对湿陷性黄土进行勘察，在探井中采取I级不扰动土样，探井取样方法为边挖井边取样或探井完成后在井壁取样，取样后立即封样并运送至土工试验室进行湿陷性试验；

步骤2、湿陷性试验按照大压力进行试验，最大试验压力选择如下：

0m～10m为400kPa；10m～20m为600kPa；20m～30m为800kPa；30m～40m为1000kPa；40m以下为1200kPa；

试验采用分级加荷至试样的规定压力，下沉稳定后，试样浸水饱和，附加下沉稳定，试验终止；分级加荷要求为：

在0kPa～200kPa压力范围内，每级增量为50kPa；大于200kPa压力，每级增量100kPa；

进而测试得到黄土的湿陷系数δ_s、自重湿陷系数δ_zs及湿陷起始压力p_sh；

步骤3、按预估大压力计算黄土湿陷性，得到黄土场地的湿陷量和自重湿陷量，根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值，判定场地湿陷类型、地基湿陷等级和湿陷下限深度；

步骤4、考虑大压力下湿陷性黄土地基湿陷等级、湿陷下限深度以及黄土和桩端持力层在大压力下的湿陷性试验和评价结果，合理确定地基处理深度、桩端持力层和桩长。

2.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土预估大压力评价方法，其特征在于，步骤1中，试样尺寸为20cm×20cm×20cm，竖向取样间距为1.5m～2.0m，单层土厚度大且土质均匀时，竖向取样间距取大值。

3.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土预估大压力评价方法，其特征在于，步骤3中，湿陷性黄土场地自重湿陷量的计算值Δ_zs，应按下式计算：

式中δ_zsi——第i层土的自重湿陷系数；

h_i——第i层土的厚度，单位：mm；

β₀——因地区土质而异的修正系数；

自重湿陷量的计算值Δ_zs，自天然地面算起，至其下非湿陷性黄土层的顶面止；其中自重湿陷系数δ_zs值小于0.015的土层不累计。

4.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土预估大压力评价方法，其特征在于，步骤3中，湿陷量的计算值Δ_s，应按下式计算：

式中δ_si——第i层土的湿陷系数δ_si，采用p-δs曲线上按预估基础附加压力和上覆土饱和自重压力之和对应的湿陷系数δs值：0m～10m取400kPa，10m～20m取600kPa，20m～30m取800kPa，30m～40m取1000kPa；

h_i——第i层土的厚度，单位：mm；

β——考虑基底下地基土的受力状态及地区等因素的修正系数；

湿陷量的计算值Δ_s的计算深度，应自基础底面算起；在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下10m深度止；在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷黄土层的顶面止；其中湿陷系数δs小于0.015的土层不累计。

5.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土预估大压力评价方法，其特征在于，步骤3中，湿陷下限深度为土样在预估大压力下对应的湿陷系数小于0.015的深度。

6.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土预估大压力评价方法，其特征在于，步骤3中，按《GB50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范》判定场地湿陷类型、地基湿陷等级。