夾馬口北擴工程濕陷性地基處理方法

陳建智

（運城市夾馬口引黃管理局，山西 運城 044000）

夾馬口北擴工程是山西省應急水源重點工程之一，主要解決臨猗、萬榮兩縣峨嵋?guī)X臺垣上2.67余萬hm2的農(nóng)業(yè)灌溉問題。工程分布于黃土臺垣地區(qū)，該區(qū)為Ⅱ級、Ⅲ級自重濕陷性黃土。工程主要包括揚水泵站工程、PCCP及PCP輸水管道工程、渡槽工程、大斷面弧底U型干渠及U型支渠工程，均分布在濕陷性黃土區(qū)，大小建筑物800余座，因此常會遇到黃土濕陷性地基處理問題，而能否采用合適的處理方法消除黃土濕陷對工程安全產(chǎn)生的不利影響非常重要。

1 墊層法

在夾馬口北擴工程中，機耕橋、公路橋、分水閘、節(jié)制閘、洪涵、倒虹吸等建筑物廣泛采用了墊層法處理濕陷性黃土地基，處理寬度和厚度根據(jù)建筑物的特性及使用功能而定。墊層法是先將基礎(chǔ)下的濕陷性黃土部分或全部挖除，然后用素土或灰土分層夯實做成墊層，以消除地基的部分或全部濕陷量，并減小地基的壓縮變形，提高地基承載力，處理方法分為局部墊層和整片墊層。

墊層設(shè)計主要包括墊層的厚度、寬度、夯實后的壓實系數(shù)和承載力設(shè)計值的確定等。局部土墊層的處理寬度超出基礎(chǔ)底邊的寬度較小，地基處理后，地面水及管道漏水仍可能從墊層側(cè)向滲入下部未處理的濕陷性土層而引起濕陷，因此，設(shè)置局部墊層不考慮其防水、隔水作用，地基受水浸濕可能性大及有防滲要求的建筑物不得采用局部土墊層處理地基。整片墊層的平面處理范圍，每邊超出建筑物外墻基礎(chǔ)外緣的寬度不應小于墊層的厚度，即不應小于2 m。夾馬口北擴工程于2008年3月開工，2008年12月工程提前通水，經(jīng)上水聯(lián)合試運行至今，運行狀況基本良好，各建筑物均能滿足設(shè)計要求。

2 強夯法

根據(jù)工程的實際情況，對工程中PCCP管道的管坡基礎(chǔ)工程采用強夯法來處理。強夯法加固地基是將一定重量的重錘以一定落距給地基以沖擊和振動，從而達到增大壓實度，改善土的振動液化條件，消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。強夯加固過程是瞬時對地基土體施加巨大的沖擊能量，使土體發(fā)生一系列的物理變化，如土體結(jié)構(gòu)的破壞或排水固結(jié)、壓密及觸變恢復等過程，其作用結(jié)果是使一定范圍內(nèi)的地基強度提高、孔隙擠密。通過反復巨大的沖擊能及伴隨產(chǎn)生的壓縮波、剪切波和瑞利波等對地基的綜合作用，使土體受到瞬間加荷，加荷的拉壓交替使用使土顆粒間的原有接觸形式迅速改變，產(chǎn)生位移，完成土體壓縮—加密過程。

該管道工程地基處理主要是消除4 m范圍內(nèi)的濕陷性黃土和提高承載力，強夯后要求地基承載力達到120 kPa。施工采用10 t圓形夯錘，錘底面積4 m2。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)資料選用點夯夯擊能為1 200 kN·m，滿夯夯擊能為800 kN·m。夯擊次數(shù)一般通過現(xiàn)場試夯確定，以夯坑壓縮量最大，夯坑周圍隆起量最小為原則，同時滿足最后兩擊的平均夯沉量不大于50 mm。

二遍夯擊之間應有一定的時間間隔，間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間，滲透性較差和黏性土地基的間隔時間應不少于3周，土中超靜孔隙水壓力的消散速率與土的類別、夯點間距等因素有關(guān)。該項工程地層為粉土，間隔時間一般為7～14 d。夯點布置是否合理將影響強夯效果，應綜合場地填土情況及含水量大小、工程要求等因素來選擇布點方案。為方便施工，結(jié)合處理寬度，夯點采用正方形布置，間距4 m，點夯完成且平整場地后，采用輕錘或重錘低落距滿夯一遍，錘印彼此搭接20~30 cm，使地基表層得以加固。經(jīng)檢驗，強夯后的地基承載力及土的干密度、濕陷系數(shù)等指標均達到設(shè)計要求。PCCP管道自上水試運行至今，管道基礎(chǔ)完好，未發(fā)現(xiàn)地基沉陷等問題，運行狀況良好。

3 樁基礎(chǔ)法

樁基礎(chǔ)是將上部荷載傳遞給樁側(cè)和樁底端以下的土（或巖）層。但設(shè)置在濕陷性黃土場地上的樁基礎(chǔ)樁周土受水浸濕后，樁側(cè)阻力大幅減小，甚至消失，當樁周土產(chǎn)生自重濕陷時，樁側(cè)的正摩阻力迅速轉(zhuǎn)化為負摩阻力。因此，在濕陷性黃土場地上不允許采用摩擦型樁。

夾馬口北擴工程渡槽工程的地基處理采用鋼筋混凝土灌注樁處理。該渡槽設(shè)計流量12.0 m3/s，總長1 830 m，單跨長15 m，共121跨，縱坡1/1 300。槽身為C30鋼筋混凝土U型結(jié)構(gòu)，半徑1.8 m，深2.55 m，排架高度1.5～9.5 m不等。由于工程區(qū)位于秦嶺東西向復雜構(gòu)造帶北緣，該場地地表20 m范圍內(nèi)的地基土層為第四系上更新統(tǒng)粉土，地層分布較穩(wěn)定，地震動峰值加速度為0.15 g，地震基本烈度為Ⅶ度。場地為Ⅲ級（嚴重）自重濕陷性黃土，濕陷深度在地面以下17.5 m，因此渡槽工程的濕陷性地基處理尤為重要。

經(jīng)過設(shè)計專家的論證和比較，對渡槽工程的濕陷性黃土地基采用了直徑80 cm的鋼筋混凝土灌注樁。根據(jù)地質(zhì)資料，樁長設(shè)計為25.4 m，樁下部為直徑140 cm的放大樁頭。樁基施工主要采取在集中拌和站集中拌料、混凝土罐車運送、專人檢測混凝土水灰比等措施。嚴格控制石子、砂子、水泥等原材料質(zhì)量和鋼筋制作安裝質(zhì)量及混凝土塌落度、配合比、混凝土的下料速度、振搗時間等，以保證鋼筋混凝土灌注樁的施工質(zhì)量。在樁基完成后，經(jīng)過大應變、小應變試驗，灌注樁的各項指標均達到設(shè)計要求。渡槽工程完工后，經(jīng)過對槽身沉降量的跟蹤觀測，沒有不均勻沉陷現(xiàn)象發(fā)生，因此用樁基礎(chǔ)處理渡槽所處理的濕陷性黃土地基達到了設(shè)計要求，保證了建筑物的安全運行。

4 預浸水法

根據(jù)工程實際，夾馬口北擴工程的干渠工程在跨溝大填方段及在進行渠道工程施工過程中對高填方渠道及二級干渠渠道弧底部分采用了預浸水法。預浸水法是在修建建筑物前預先對濕陷性黃土場地大面積浸水，使土體在飽和自重應力作用下發(fā)生濕陷產(chǎn)生壓密，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷濕陷性。實際施工中，浸水處理后的渠道場地上層土層仍呈中～高壓縮性，以中壓縮性為主，其承載力標準值為130～150 kPa。另外，預浸水后基礎(chǔ)土層含水量過高，接近飽和狀態(tài)，使后續(xù)工作無法正常進行，可能會影響工期。