赵 辉 赵会秋

1 宁东煤化工地区概况及地层特点简述

宁夏宁东煤化工地区位于毛乌素沙地西南边缘,属荒漠、半荒漠地带,宁夏宁东地区具有发展能源化工产业得天独厚的优势条件,宁东能源化工基地就是依托宁东丰富煤田建立起来的以煤炭、电力、煤化工为主导产业的区域性大型工业园区。该基地位于银川市东南部,范围覆盖灵武市、盐池县、同心县、红寺堡开发区4市县(区),总面积3 500 km2。目前宁夏煤化工项目已完成投资800亿元,预计未来10年将完成投资3 000亿元。

宁东煤化工地区大地构造位置处于鄂尔多斯缘坳陷带的横山堡复背斜,次级构造为马莲台向斜核部,东西两侧分别与苦草背斜、丁家梁背斜相邻,轴向呈北北东向,向斜东翼与苦草背斜呈冲断层接触。核部由奥陶纪灰岩、石炭纪和二叠纪煤系地层、第三系砂岩及泥岩组成,岩层平缓,略向东倾,倾角 5°～10°,宁夏建筑设计研究院2005年以来,通过对宁东重点工程神华宁煤二甲醚项目、神华宁煤煤基烯烃项目空分装置、宁夏宝丰能源集团有限公司催化裂化主装置地区等重点项目进行地层勘察分析得出的结论,提出了切实可行的地基处理措施,通过勘探揭示:场区地层沉积环境为二元结构,除浅层素填土外,上部以冲、洪积及风积的黄土状粉土、粉土、碎石层为主;下部为第三系泥质粉砂岩及砂岩地层,两者呈角度不整合接触关系,场区内没有发现大的区域性断裂构造。根据GBJ 25-2004湿陷性黄土地区建筑规范,中国湿陷性黄土工程地质分区略图,将灵武市划分为Ⅶ区(边缘地区)。总湿陷量计算时,计算起算深度为-1.5 m,土质地区修正系数β0=0.5,地基土的侧向挤出和浸水几率等因素的修正系数β=1.5。根据野外勘察及室内土工试验结果表明,素填土及黄土状粉土在自然地面以下1.1 m～4.6 m范围内具湿陷性,湿陷系数 δs=0.018～0.134,计算总湿陷量Δs=60.3 mm～229.5 mm,判定该场地为Ⅰ级非自重湿陷场地。

2 常见结构形式湿陷性损坏特征

湿陷性黄土地基受水浸湿而发生湿陷事故时,往往造成地基的不均匀沉降,如果其沉降差超出建筑物的限制要求,就会使建筑物受到损伤。其损伤程度与建筑物的结构类型、地基土湿陷性质和级别有着密切关系。对单层钢筋混凝土厂房,该类建筑物一般为钢筋混凝土柱的铰接排架结构,独立基础,比较能适应地基变形。但地基受水浸湿后仍造成一定的损伤。对多层钢筋混凝土框架,该类建筑物由钢筋混凝土框架承重,内墙和外墙一般为填充砌体。由于这类建筑有较好的整体刚度,所以,当沉降差较小可以适应地基的湿陷变形时,损伤轻微;当产生较大沉降差异时,会引起较大的次应力,导致梁、柱开裂。但基础形式的不同导致这类建筑物抵抗不均匀下沉的能力有较大差异,一般情况下,箱基、筏基最好,条基次之,单独基础较差。多层砖房在我市有较广泛的应用。该类建筑横墙较多,空间刚度较好,能抵抗一定的湿陷变形,但湿陷变形大时,也产生不同程度的损伤。这类建筑在地基发生湿陷时上部结构就发生挠曲或倾斜,使砌体出现裂缝,并以斜裂缝占绝大多数,水平和竖向裂缝较小。同样,湿陷性黄土对其他结构形式的建筑物也有不同程度的影响。

3 湿陷性黄土的物质成分及物理性质

宁东地区的湿陷性黄土属重湿陷性黄土,由粉粒组成,含量可达50%～70%,一般定名为粉土或粉质黏土,粉细砂含量低,不足5%,粘粒含量变化大,从6%～30%不等。矿物成分以石英、长石碎屑为主(是构成骨架颗粒的基础物质),其次为碳酸盐微晶和黏土颗粒,洪积扇前缘局部含少量有机物。本区湿陷性黄土外观呈浅黄色～灰黄色,稍湿、含水量较低,呈塑态～硬塑态,塑性指数10左右,结构疏松。上部具有白色钙质网纹,下部常含细碎的钙质结核,干燥状态下,抗剪强度较高,压缩性中等,具有一定弹性,不易击实,一旦遇水后,体积很快收缩变小,强度降低。

4 宁东地区湿陷性黄土的成因机制

宁东附近的湿陷性黄土埋深浅,一般小于10 m,颜色以浅黄色、灰黄色为主,局部见黑色、杂色,结构极为疏松,质地较均匀,垂直节理、裂隙发育,在节理、裂隙的表面往往充填有白色的钙质网纹,含水量低,干燥稍湿、塑态,局部含细碎的钙质结核。用锹挖极易,切面粗糙,取样容易,成型差,遇水后土块迅速崩解成泥状,粘着力差。用肉眼就可以看到一些排列杂乱的不规则孔隙,手压易缩,粉感强烈,胶结性弱,搓条难以成型。与水搅拌后,经10 min～20 min沉淀,表面的悬浊层很薄或几乎没有,上部的水清澈透明,这种土的湿陷性一般比较强,在工程勘察中应引起足够重视。以往的研究资料表明,黄土的大孔隙性是产生湿陷的一个重要条件,大孔隙越多,湿陷性越强。可最近几年的岩土工程实践证明,宁东的湿陷性黄土在大孔隙不甚发育的情况下仍能产生较强的湿陷性,黄土的本质是一种欠压实的土状堆积物,湿陷量的大小最终取决于颗粒、团粒之间的接触类型,胶结方式和上部载荷的大小。当水浸入黄土中以后,首先将胶结物溶解或软化,使骨架颗粒之间的连接减弱,在外力或重力作用下颗粒、团粒产物滑动挤压,孔隙体积缩小,宏观上表现为整体式下陷。在湿陷过程中,变形主要以结构的破坏和重新调整为基础,湿陷量的大小并不取决于大孔隙的数量,而是取决于颗粒间孔隙调整的幅度。一般地讲黄土湿陷变形可以分为三个不同性质的阶段:第一阶段为压密过程,主要是外部大孔隙的缩小、闭合,同时骨架颗粒相互靠近;第二阶段土中的骨架结构开始发生变化,由粒状、架空接触结构向粒状、架空胶结结构发展;第三阶段为矿物的镶嵌、凝聚阶段,湿陷后的土体结构趋于致密,矿物结合由边—角式,向边—面式和面—面式发展。从黄土的湿陷过程可以看出,湿陷是黄土由疏松向致密发展的一个重要步骤,由自重湿陷向非自重湿陷是其发生、发展的自然沉积序列。

5 结语

宁东地区湿陷性黄土分布比较广泛,但厚度一般不大,规律性不明显,通过实际勘察,认为该地区的湿陷性黄土对工程建筑的危害性比较大,宜采用换垫层或强夯法加固地基。宁东煤化工地区的湿陷性黄土多位于边山洪积扇中上部、厚度较大、湿陷性强、总湿陷量大,应采用浸水预压法和桩基来加固地基。湿陷性黄土地基处理措施是采取人为的手段,对基础下一定范围内的土层进行加固处理或更换为另一种土,以改变其物理力学性质,达到消除湿陷,减小压缩性和提高承载能力的目的。通过近年的勘察实践证明,只要建筑物地基经合理处理,即使以后受水浸湿,也不会发生湿陷,或湿陷量很小,不会对建筑物造成损坏。由于湿陷变形只发生在基础底面以下某一深度范围的黄土层中,并与基础形式、基础底面和基底压力有关,所以,应视不同情况确定地基的处理厚度和处理宽度。地基处理厚度的确定:针对大部分的非自重湿陷性黄土,地基处理厚度是处理基础底面以下土的附加压力与上覆土的饱和自重压力之和不大于土的湿陷起始压力的深度。通过实践,当地基处理厚度相当于2倍基础宽度时,可消除95%左右的湿陷量,考虑到地基处理后,土附加压力迅速扩散,基础形式、基底面积和基底压力的影响,对于矩形和条形基础,对非自重湿陷性黄土,按以上经验可达到基本消除湿陷量的目的。地基处理的宽度确定:地基处理宽度的大小一般可从控制侧向变形、扩散附加压力和防水要求等方面考虑。用土(或灰土)托换处理湿陷性黄土,土(或灰土)垫层每边超出基础外缘的宽度不小于其处理厚度的40%(即基础外缘宽度与高度之比为1∶2.5),整片垫层每边超出外缘的宽度不小于其厚度,并不得小于1.5 m。

[1]李 毅.山西省湿陷性黄土地区地基处理方法的探讨[J].山西建筑,2008,34(33):110-111.