湿陷性土工程实战全攻略 (The Complete Guide to Collapsible Soils)

前言：湿陷性土是岩土工程中的“隐形杀手”。它们在天然低湿度状态下具有较高的强度和较低的压缩性，但一旦浸水，土体结构会迅速破坏，产生显著的附加沉降。本教程旨在帮助工程师识别、评估并治理这一特殊土类。

湿陷性土是指在一定压力下（上覆土自重压力或自重+附加压力），受水浸湿后，土体结构迅速破坏，产生显著附加沉降的土。

• 核心特征：遇水崩解、大孔隙结构、低密度。
• 判别标准：湿陷系数 δs ≥ 0.015 (部分国际标准) 或 δs ≥ 0.023 (中国碎石土标准)。

理解机理是治理的前提。湿陷性土通常具备以下“三位一体”的特征：

1. 大孔隙结构 (Macroporous Structure)：土颗粒堆积疏松，孔隙比大（通常 e > 0.8），存在肉眼可见的针状孔隙。
2. 亚稳态胶结 (Metastable Bonding)：颗粒间主要靠易溶盐（石膏、碳酸钙）或毛细管张力（吸力）连接。
   • 比喻：就像用“糖水”粘起来的积木塔。
3. 欠压密状态 (Under-consolidation)：地质历史上未受过足够的压力压实，多为风成堆积或干旱环境下的洪积物。

1. 湿陷性黄土 (Loess)：分布最广（中国西北、中欧、北美），以粉粒为主，碳酸钙含量高。
2. 其他湿陷性土：
   • 湿陷性碎石/砂土：干旱区洪积扇，颗粒粗，但含有易溶盐胶结物。
   • 湿陷性填土：人工回填未压实，遇水后密实。
   • 干旱区冲积土：含有大量可溶盐（盐渍土的一种特殊表现）。

在取样测试前，通过肉眼观察可以初步判断：

• 地貌：位于干旱、半干旱地区，具有直立边坡（黄土特征）。
• 结构：土块中有明显的垂直节理或大孔隙（虫孔、根孔）。
• 简易试验：
  • 崩解试验：将干土块投入水中，若迅速冒气泡并崩解成松散沉淀，极可能有湿陷性。
  • 手感：天然状态下坚硬难捏碎，稍加水后迅速变软成泥。

这是定量的关键。主要通过双线法压缩试验（Double Odometer Test）或单线法测定。

定义：单位厚度土层在一定压力下，浸水后的湿陷变形量。

δs = (hp - hp') / h0

• hp：保持天然湿度，加压至 p 时的稳定高度。
• hp'：加压至 p 后，浸水饱和后的稳定高度。
• h0：土样原始高度。

判定界限（中国规范）：

• δs < 0.015：非湿陷性。
• δs ≥ 0.015：湿陷性黄土。
• δs ≥ 0.023：其他湿陷性土（如碎石土）。

定义：土层仅在自身重力作用下，浸水发生的湿陷。

• 用途：判定场地是“自重湿陷性场地”还是“非自重湿陷性场地”。
• 危害：自重湿陷性场地更危险，因为不需要盖房子，只要漏水，地基自己就会下沉。

在确定有湿陷性后，必须回答两个问题：塌得有多厉害？ 和 怎么个塌法？

• 非自重湿陷性场地：土层受水浸湿后，自重下不沉，只有加上建筑物荷载才沉。
  • 策略：主要处理受压层。
• 自重湿陷性场地：土层受水浸湿后，仅靠自重就会发生显著下沉。
  • 策略：必须消除全部湿陷性或穿透湿陷层。

根据总湿陷量 (Δs) 进行分级（I级轻微 ~ IV级极严重）。

• I级 (轻微)：Δs ≤ 300mm
• II级 (中等)：300mm < Δs ≤ 600mm
• III级 (严重)：600mm < Δs ≤ 800mm (部分规范界限)
• IV级 (极严重)：Δs > 800mm

注意：等级越高，地基处理的要求越严苛，防水措施越复杂。

治理湿陷性土的核心原则是六个字：“治土、防水、结构”。

目的是消除湿陷性或提高承载力。

关键点：负摩阻力 (Negative Skin Friction)
在自重湿陷性场地使用桩基时，桩周土下沉速度大于桩，土会像一只手一样把桩往下拉。设计时必须扣除这部分承载力，甚至将其计为荷载。

既然水是诱因，防水就是第一道防线。

• 基本措施：加宽散水（坡度>3%）、排水沟防渗、管道柔性接口。
• 检漏设施：重要管道设置检漏管沟，防止长期隐蔽漏水。

假设地基还是沉了，结构要能扛得住不裂。

• 沉降缝：将长建筑切成独立单元。
• 圈梁与构造柱：加强整体性，形成“铁笼子”。
• 基础刚度：优先采用筏板基础或箱型基础，调整不均匀沉降。

1. “看着硬就是好土”：这是最大的陷阱。湿陷性土在干燥时强度极高，甚至堪比软岩，千万不能被表象迷惑。
2. “只处理受力层”：在自重湿陷性场地，如果只处理了上部受力层，下部未处理土层一旦浸水，依然会带着上面的房子一起下沉。
3. 忽略管道漏水：70%的湿陷事故是由生活用水管道破裂引起的，而非自然降雨。

• 中国：《湿陷性黄土地区建筑标准》 (GB 50025-2018) —— 这是最权威的黄土规范。
• 中国：《岩土工程勘察规范》 (GB 50021) —— 包含其他湿陷性土的规定。
• 国际：ASTM D5333 (Standard Test Method for Measurement of Collapse Potential of Soils).

案例背景：某西北化工厂，地基为自重湿陷性黄土，厚度15米。 事故：投产3年后，车间一角突然下沉20cm，墙体开裂。 原因分析：

1. 车间旁边的排水沟年久失修，长期渗水。
2. 建设时仅采用了浅层换填（3米），下部12米湿陷土未处理。
3. 水渗入下部土层，引发自重湿陷。

教训：

• 自重湿陷场地必须处理深层土或穿透。
• 化工类用水多的项目，防水等级应为最高级。