南水北調(diào)中線陶岔樞紐工程管理營地弱膨脹土地基處理

林 峰 裴 磊 王 勇

南水北調(diào)中線陶岔樞紐工程管理營地弱膨脹土地基處理

林 峰1裴 磊2王 勇1

一、軟弱膨脹土地基及處理的一般原則

軟弱膨脹土地基是一種比較特殊的地基，膨脹土系指粘粒成分主要由強(qiáng)親水性礦物組成，具有吸水膨脹和失水收縮特性的粘性土。由于膨脹性土?xí)驗(yàn)橥林泻康淖兓l(fā)生相應(yīng)的膨脹或收縮變形，特別是在場(chǎng)地膨脹性土層厚度不一、均勻性不一、不同部位處含水量的變化及建筑物基底壓力不等等原因時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致地基土不均勻的隆起或下陷，使得建筑物產(chǎn)生墻體開裂、地面隆起或下陷等破壞。因此，必須對(duì)膨脹性土場(chǎng)地進(jìn)行處理，以滿足自由膨脹率δef均小于0.4的要求。修建在膨脹土上的房屋，如果基礎(chǔ)處理不好，會(huì)產(chǎn)生磚墻開裂、墻身外傾、地坪坍陷、基礎(chǔ)圈梁及墻通裂等。當(dāng)利用這種土作為建筑物地基時(shí)，必須采取必要的處理措施，以消除土的膨脹潛勢(shì)。

膨脹土地基的處理應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、地基的脹縮等級(jí)、場(chǎng)地的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況和建筑物結(jié)構(gòu)類型等。結(jié)合建筑經(jīng)驗(yàn)和施工條件，因地制宜采取治理措施。如果能夠采用換填非膨脹土或采取化學(xué)等方法，從根本上改變地基土的性質(zhì)，則是根治的最好方法。如果用樁基或深埋的辦法，使基礎(chǔ)落到含水量較穩(wěn)定的土層，就能大大減少對(duì)建筑物的危害；對(duì)于上部荷重較輕的小型建（構(gòu)）筑物，亦可淺埋基礎(chǔ)但必須避免擾動(dòng)下部膨脹土。

由此可知，軟弱膨脹土地基的處理應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地土脹縮性能、水文地質(zhì)條件，考慮具體建筑物適應(yīng)變形的能力，采取相應(yīng)的處理措施。同時(shí)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體變形能力，切斷基底下外界滲水條件，以保證地基的穩(wěn)定性。

二、工程實(shí)例

1.工程概況

南水北調(diào)中線一期陶岔渠首樞紐工程管理營地總用地約2.81萬平方米，由辦公樓、宿舍樓、食堂、活動(dòng)廳、門衛(wèi)房、車庫、維修庫房、變配電所、水泵房等幾部分組成，均為新建建筑物，結(jié)構(gòu)型式為1～3層框架結(jié)構(gòu)。該工程位于河南淅川縣九重鎮(zhèn)陶岔村段南側(cè)石盤崗上，屬于湯山與禹山之間的埡口地帶，為第四紀(jì)沖洪積平原上的剝蝕殘山，屬人工地貌，地形較平坦，地貌形態(tài)單一，場(chǎng)地地面標(biāo)高為180.1～183.2m。據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本場(chǎng)地為膨脹性填土場(chǎng)地。各地層由上而下為：

第①層:素填土（rQ）呈黃褐色，密性不均一，主要以粉質(zhì)粘土及堆積碎塊石為主，粉質(zhì)粘土呈可塑-硬塑。其中場(chǎng)地大部分素填土成分以粉質(zhì)粘土夾碎塊石為主，場(chǎng)地南側(cè)則以碎塊石夾粉質(zhì)粘土為主，該層層底埋深在1.00～6.20m，分布于整個(gè)場(chǎng)地區(qū)。

第②層：粉質(zhì)粘土（a1-p1Q2）呈黃褐色，硬-硬可塑，具弱-中等膨脹性。局部含姜石，分布不均，含灰白及灰綠色團(tuán)塊，揭露厚度0.40～7.00m，場(chǎng)地區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)有分布，場(chǎng)地南側(cè)缺失，層底標(biāo)高171.4～181.2m。

第③層：奧陶系中統(tǒng)第二層巖組（O22）主要為中厚-厚層灰?guī)r、白色質(zhì)灰?guī)r，弱風(fēng)化，裂隙較發(fā)育，多充填有方解石脈，偶夾鐵質(zhì)泥巖薄層。層底在勘探深度內(nèi)未揭穿。

在勘察期間，場(chǎng)地內(nèi)所有鉆孔均為干孔，未見地下水。

上述各土層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1，各土層的承載力特征值見表2。

2.地基處理方案的選擇

經(jīng)研究比較，合理選擇運(yùn)用地基處理方案，對(duì)于保證建筑物安全可靠，節(jié)省投資，加快工程進(jìn)度都具有十分重要的意義。

方案一：砂石墊層法。能夠充分利用天然地基強(qiáng)度，減少基底附加應(yīng)力和調(diào)整基礎(chǔ)變形沉降，較深層處理經(jīng)濟(jì)，且施工機(jī)具簡(jiǎn)單，材料來源廣，通常是一種優(yōu)先考慮的地基處理方案。由于工程地基處理工期較短，在該地區(qū)地基處理期間雨量很少，場(chǎng)地地下水位很低，如采用該處理方法基槽開挖較寬較淺，利于機(jī)械碾壓，質(zhì)量易保證，壓實(shí)系數(shù)較容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

方案二：鉆孔灌注樁。該處理方案也能有效地克服膨脹土對(duì)建筑物的危害，但該樁單價(jià)較高，施工不快。新建建筑物基礎(chǔ)原設(shè)計(jì)均是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，如采用灌注樁處理地基，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式要改變，需要修改設(shè)計(jì)，因該工程是南水北調(diào)中線一期渠首工程，時(shí)間緊、任務(wù)重，采用該方案使施工周期加長，且工程造價(jià)也要提高。

方案三：增加基礎(chǔ)埋深。這是防止房屋產(chǎn)生過大不均勻沉降變形，防治膨脹土的一項(xiàng)較為有力的長期處理措施。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，考慮增加基礎(chǔ)埋深，穿過第1、2層膨脹土層，插入穩(wěn)定的非膨脹土第3土層作為基礎(chǔ)持力層，采用該處理方案，基槽開挖和土方回填量將大大增加，幾個(gè)建筑物同時(shí)施工，場(chǎng)地又受限，大量挖土不好堆放，基礎(chǔ)埋深加大，基礎(chǔ)造價(jià)抬高，另因建筑物基礎(chǔ)持力層改變，基礎(chǔ)也需要重新設(shè)計(jì)，施工工期也被拖長。

經(jīng)過以上三種地基處理方案的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析比較，本工程各建筑物均采用砂石墊層法。

3.砂墊層的設(shè)計(jì)要求

表1 各層土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值

表2 各層土的力學(xué)參數(shù)建議值

換填墊層材料采用粗砂，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ7-89）及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-91）的規(guī)定，經(jīng)計(jì)算2～3層框架建筑物砂墊層厚度取0.8m，寬度寬出基礎(chǔ)邊緣0.7m，1層框架建筑物砂墊層厚度取0.6m，寬度寬出基礎(chǔ)邊緣0.6m。換填砂墊層需分層碾壓、夯實(shí)，墊層的壓實(shí)系數(shù)必須大于0.95。

4.砂墊層的施工

基槽挖好后，應(yīng)立即進(jìn)行施工，盡快回填夯實(shí)，以避免基槽泡水或曝曬，防止地面水滲入，做到快速施工。在砂墊層施工前，作為持力層的膨脹土層應(yīng)避免人為擾動(dòng)。砂填料首先應(yīng)摻適量的水，含水量控制在8%～12%，再以0.25～0.30m的厚度分層鋪墊。然后采用12t的振動(dòng)壓路機(jī)振碾，碾壓時(shí)采取分條疊合搭接，每次重疊1/2的碾輪，縱橫交錯(cuò)，重疊振壓各四遍。墊層碾壓結(jié)束后，對(duì)墊層進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，經(jīng)測(cè)定，砂墊層的壓實(shí)系數(shù)λc＞0.95，滿足規(guī)范要求，可以作為建筑物的地基。

三、結(jié)語

基礎(chǔ)的型式很多，設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特性、工程地質(zhì)、施工條件、環(huán)境條件、施工工期、經(jīng)濟(jì)條件和材料市場(chǎng)價(jià)格等方面的因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，選擇既適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)使用要求，又經(jīng)濟(jì)可行的地基處理方案。地基處理的方法很多，但不管采用何種方法，處理后的建筑場(chǎng)地必須滿足強(qiáng)度、變形、動(dòng)力穩(wěn)定、透水性及特殊土地基穩(wěn)定性的要求。

實(shí)踐表明，膨脹土對(duì)建筑物的危害很大，但只要在工程勘察、設(shè)計(jì)、施工和使用各階段采取切實(shí)可行的措施，以安全實(shí)用和經(jīng)濟(jì)合理為原則，認(rèn)真分析膨脹土地基的特性，設(shè)計(jì)中注意抓住主要矛盾并進(jìn)行妥善地基處理，同時(shí)輔以結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面的措施加強(qiáng)整體性，施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求操作，膨脹土地對(duì)建筑物的危害是完全可以消除的

（專欄編輯：張 婷）

1.鹽城市河海工程建設(shè)監(jiān)理中心 224001 2.淮委南水北調(diào)中線一期陶岔渠首樞紐工程建管局 474450）