南水北調(diào)中線邯邢段濕陷性黃土地基處理

王志軍，王海燕，徐 磊

（1.河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，石家莊050021；2.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局河北直管項(xiàng)目建設(shè)管理部，石家莊050035）

本文以南水北調(diào)中線工程總干渠河北省邯邢段濕陷性黃土渠基處理為例，主要圍繞強(qiáng)夯法地基處理設(shè)計(jì)及施工中的問題進(jìn)行了探討，系統(tǒng)分析了工程中采用的強(qiáng)夯法、換填法的主要特點(diǎn)和適用性，針對不同位置選擇相應(yīng)的地基處理方法，闡述了濕陷性黃土地基處理在南水北調(diào)中線工程邯邢段渠基處理中的重要性。

1 工程概況

南水北調(diào)中線工程總干渠河北省邯邢段起自河北省與河南省交界處的漳河北岸，沿京廣鐵路西側(cè)的太行山東麓自南向北，經(jīng)過河北省邯鄲、邢臺(tái)兩市及所屬8個(gè)縣（市），至邢臺(tái)與石家莊交界的梁村止，總長172.751km，其中渠道長162.108km，建筑物長10.643km。

本渠段渠道設(shè)計(jì)底寬13.0～26.5m，設(shè)計(jì)水深6.0m，設(shè)計(jì)流量220～235m3/s，加大流量240～265m3/s［1］。

2 濕陷性黃土的分布及特性

2.1 中線邯邢段濕陷性黃土的分布及特性

2.1.1 濕陷性黃土的分布

本渠段黃土類土主要分布在磁縣、永年縣、邢臺(tái)市區(qū)、臨城縣等渠段，包括第四系全新統(tǒng)（Q4）沖洪積壤土和上更新統(tǒng)（Q3）沖洪積、坡洪積黃土狀壤土。厚度大于3m的黃土類土沿總干渠累計(jì)長度71.025km，其中填方及半挖半填渠段長約22.555km。

根據(jù)初步設(shè)計(jì)階段試驗(yàn)成果分析，工程范圍內(nèi)全新統(tǒng)下段沖洪積壤土局部有濕陷性；上更新統(tǒng)黃土狀壤土一般土質(zhì)疏松，孔隙較大且蟲孔發(fā)育，多數(shù)有濕陷性。黃土的濕陷性主要是浸水后，地基承載力降低，并產(chǎn)生較大的濕陷變形，從而影響建筑物或上部堤防的安全［5］。

2.1.2 中線邯邢段濕陷性黃土的特性

本渠段濕陷性黃土均屬次生黃土，孔隙、裂隙較發(fā)育，孔隙比平均值為0.855。根據(jù)試驗(yàn)成果分析，黃土的濕陷程度以中等濕陷居多，且大部分為非自重濕陷性。

初步設(shè)計(jì)階段試驗(yàn)及研究結(jié)果表明，本段總干渠全新統(tǒng)（Q4）壤土和上更新統(tǒng)（Q3）黃土狀壤土少部分為濕陷性黃土，且以中等濕陷為主。

按濕陷系數(shù)對黃土類土渠段進(jìn)行劃分：強(qiáng)烈濕陷1段，長1.028km，為半挖半填渠段；中等濕陷2段，長3.5km，分別為半挖半填和挖方渠段。

2.1.3 對邯邢段渠道工程的影響

濕陷性黃土對南水北調(diào)渠道工程的影響主要表現(xiàn)在沉降變形和渠坡失穩(wěn)兩方面。

（1）濕陷引起沉降變形。浸水后的濕陷性黃土在外部荷載作用下將產(chǎn)生沉降變形，當(dāng)變形過大時(shí)則危及建筑物和渠道堤防安全。據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》要求：只有對濕陷總量小于5cm的地基才可當(dāng)做非濕陷地基。本渠段部分場地總濕陷量大于5cm，對于渠道堤防和建筑物是不利的，需進(jìn)行處理。

（2）渠坡失穩(wěn)。對半挖半填渠段，渠坡位于濕陷性黃土范圍內(nèi)，濕陷性黃土浸水后，土體力學(xué)指標(biāo)降低，不利于渠坡的整體穩(wěn)定。

3 濕陷性黃土的處理

3.1 處理原則

3.1.1 處理范圍

（1）邯邢段挖方渠段，渠基底面的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和小于渠基以下黃土的濕陷起始壓力，因此，對挖方渠段的非自重濕陷性黃土地基，不進(jìn)行處理。

（2）半挖半填和填方渠段，根據(jù)渠底基面的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和與渠基以下黃土的濕陷起始壓力的大小，分不同情況處理。當(dāng)渠底基面的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和小于濕陷起始壓力時(shí)，可不處理。當(dāng)渠底基面的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和大于濕陷起始壓力時(shí)，則按照濕陷系數(shù)和土層厚度計(jì)算濕陷量，濕陷量大于5cm時(shí)進(jìn)行處理。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，邯邢段濕陷性黃土處理深度一般在7m以內(nèi)［1］。

3.1.2 處理目的及原則

濕陷性黃土地基處理的目的主要是通過消除黃土的濕陷性，提高地基的承載力。中線邯邢段濕陷性黃土地基處理的原則是在確保工程安全，減少工程投資。

3.2 處理方案

常用的濕陷性黃土地基處理方法有：換土或灰土墊層法（換填法）、土樁或灰土樁法、強(qiáng)夯法、重錘夯實(shí)法、樁基礎(chǔ)、預(yù)浸水法等。其中強(qiáng)夯法以施工簡便、速度快、效果好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在我國濕陷性黃土地區(qū)得到廣泛應(yīng)用和推廣。

結(jié)合工程施工情況，邯邢段濕陷性黃土地基處理優(yōu)先選用強(qiáng)夯法，濕陷性土層分布較薄或不宜進(jìn)行強(qiáng)夯的部位，采用換填法。

3.2.1 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法在國際上稱為動(dòng)力壓實(shí)法，是將夯錘提升到高處使其自由落下，給地基以沖擊和振動(dòng)能量，將地基土夯實(shí)，從而提高地基的承載力，降低其壓縮性，改善地基性能。主要適用于濕陷土黃土、雜填土和素填土等地基加固處理。夯錘一般重8～40t，提升高度6～40m［6］。

強(qiáng)夯法的有效加固深度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場試夯確定。單位夯擊能根據(jù)地基土類別、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，一般對于粗顆粒土取1000～3000kN·m，細(xì)顆粒土取1500～4000kN·m。

（1）單擊夯擊能選擇。中線邯邢段濕陷性黃土地基處理，主要解決承載力不足、沉陷量偏大、地基濕陷性等地質(zhì)問題。依據(jù)濕陷性黃土的濕陷等級、總濕陷量、荷載大小等，點(diǎn)夯單擊夯擊能一般為3000～4000kN·m，滿夯單擊夯擊能為1000kN·m。

（2）強(qiáng)夯技術(shù)參數(shù)。一般采用梅花型布置方案，間距5m；設(shè)計(jì)采用點(diǎn)夯3遍，滿夯1遍，每遍12擊；夯擊點(diǎn)布置、擊數(shù)、遍數(shù)根據(jù)強(qiáng)夯試驗(yàn)成果最終確定。渠基處理主要以消除設(shè)計(jì)處理深度范圍內(nèi)黃土的濕陷性為主，一般通過探坑、鉆芯取樣試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)［1］。

3.2.2 換填法

換填法又稱換土法，是將基礎(chǔ)以下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，用穩(wěn)定性好的土、石回填并壓實(shí)或夯實(shí)。主要適用于淺層基礎(chǔ)處理，包括淤泥、松散素填土、雜填土、膨脹土、濕陷性黃土等基礎(chǔ)處理。一般處理深度在基面以下5m以內(nèi)。

由于換填法投資較大，中線邯邢段濕陷性黃土處理，一般僅在濕陷性土層分布較薄或處理范圍靠近村莊、已有建筑物等不宜進(jìn)行強(qiáng)夯的部位采用。渠基濕陷性黃土換填，直接采用開挖土進(jìn)行回填壓實(shí)。

4 結(jié)語

濕陷性黃土在我國分布較廣，地基處理方面積累的工程經(jīng)驗(yàn)也比較豐富。在邯邢段濕陷性黃土渠基處理中，依據(jù)設(shè)計(jì)功能要求，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇合適的處理方案。濕陷性黃土渠基處理在避免沉降變形，保證渠坡穩(wěn)定，確保工程安全方面意義重大。

［1］河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院.南水北調(diào)中線一期工程總干渠河北省邯邢段初步設(shè)計(jì)總報(bào)告［R］.石家莊，2009.

［2］馮志焱.濕陷性黃土地基［M］.北京:科學(xué)出版社.2009.

［3］《工程地質(zhì)手冊》編委會(huì).工程地質(zhì)手冊（第四版）［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］GB 50025—2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［5］河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院.南水北調(diào)中線一期工程總干渠邯邢渠段初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.石家莊，2009.

［6］龔曉南.地基處理手冊（第三版）［K］.北京.中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［7］《水利水電工程施工手冊》編委會(huì).水利水電工程施工手冊第2卷：土石方工程［K］.北京.中國電力出版社，2002.

［8］JGJ 79—2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［9］GB 50007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［10］SL 274—2001，碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.