濕陷性黃土地區(qū)渠道地基簡(jiǎn)易的處理

冉建西

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊830000)

1 工程概況

本工程位于境外某國(guó)，為中國(guó)對(duì)外援助項(xiàng)目，主要由樞紐建筑物由漿砌石擋水壩、引水建筑物(引水進(jìn)水口、引水明渠、前池、壓力鋼管)和發(fā)電廠房組成。興修任務(wù)是立足于充分利用現(xiàn)有的大壩、廠房等設(shè)施，改建引水系統(tǒng)，在原廠房?jī)?nèi)重新安裝總?cè)萘考s6.6 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，恢復(fù)該水電站的發(fā)電功能。引水明渠沿河左岸布置，線路基本是在原渠道基礎(chǔ)上進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后的渠道總長(zhǎng)約3 943 m。引水明渠按渠道所坐落地基不同，分為3 種斷面型式，即土質(zhì)地基段、土石混合地基段、石質(zhì)地基段，長(zhǎng)度分別為2 408 m、605 m、930 m。土質(zhì)地基段渠道覆蓋層厚度較大，主要為灰黑色黏土層和灰黃色黏土層，具有一定的濕陷性。渠道斷面底寬3.5 m，兩側(cè)邊坡坡比均為1∶1.75，渠道防滲結(jié)構(gòu)主要采用干砌塊石護(hù)面，干砌塊石設(shè)計(jì)厚度20 cm，干砌石下部采用厚度為40 cm的水泥土換填(碾壓密實(shí)后的厚度)，水泥土底部采用2 cm厚M2.5 水泥砂漿找平。

2 濕陷性黃土的工程特性

濕陷性黃土分布非常廣泛，在各類基礎(chǔ)建設(shè)中，濕陷性黃土地基，由于其特殊的工程特性，對(duì)建筑物會(huì)產(chǎn)生較大危害。濕陷性黃土除了具備黃土的特性外，其粒度成分大多為粉土顆粒，通常占50%以上。而且孔隙也比較大，結(jié)構(gòu)較為松散，肉眼可見豎向針狀的圓孔;濕陷性黃土的天然剖面上垂直節(jié)理發(fā)育，含有大量碳酸鈣鹽類成分。導(dǎo)致濕陷性黃土發(fā)生濕陷的內(nèi)部原因，是其松散多孔的結(jié)構(gòu)和遇水降低的土顆粒間黏聚力，而負(fù)載、水是濕陷性黃土發(fā)生濕陷的外部原因。總體來(lái)講，濕陷性黃土具有以下工程特性:

1)結(jié)構(gòu)欠壓密狀態(tài):在天然的沉降過程中，黃土中有可溶鹽結(jié)晶和薄膜水的吸附作用，這就造成在干燥的條件下，黃土在沉積過程中，結(jié)構(gòu)會(huì)處于欠壓密狀態(tài)。而當(dāng)有水浸入時(shí)，黃土便可呈現(xiàn)出濕陷性，是導(dǎo)致濕陷性黃土地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)物受到危害的直接原因。

2)存在濕陷超始?jí)毫?在土層受水浸濕后，土層中的可溶鹽膠結(jié)性會(huì)隨之消失，加上水膜的作用，黃土的黏聚力會(huì)大幅降低，但仍然存在部分初始結(jié)構(gòu)力，在外部荷載超過這一結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，濕陷性才能會(huì)呈現(xiàn)出來(lái)。

3)濕陷變形速率較大:濕陷性黃土在受水時(shí)，變形速率較大，但供水一旦停止后，便會(huì)快速穩(wěn)定。濕陷變形便轉(zhuǎn)化為壓縮變形。

4)受水后強(qiáng)度降低:濕陷性黃土在荷載狀態(tài)下，當(dāng)荷載超過濕陷初始?jí)毫?，土體除了垂直壓縮變形外，還會(huì)產(chǎn)生大量的側(cè)向擠壓力。

3 水泥土換填法

水泥土換填法是以當(dāng)?shù)氐奶丶?xì)沙或沙壤土為主要材料，對(duì)渠道基底的濕陷性黃土進(jìn)行換填。在其中加入少量的水泥，通常水泥量為土量的10% ～15%，還可加入少量的外加劑，與適量的水進(jìn)行均勻拌和，然后鋪筑或壓實(shí)。在水泥與土拌合后，水泥中的礦物質(zhì)會(huì)與土中的水分發(fā)生水解及水分反應(yīng)，從而生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣以及含水鐵酸鈣等化合物。這些化合物會(huì)在外部環(huán)境作用下，逐步硬化，從而大幅提升渠道地基的強(qiáng)度。保證渠道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這種地基處理方法相對(duì)簡(jiǎn)易，施工方便、成本低，具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

4 水泥土換填法的工程應(yīng)用

4.1 施工準(zhǔn)備

1)施工交通準(zhǔn)備:施工前修好施工便道，方便施工車輛及機(jī)械進(jìn)出。在施工區(qū)內(nèi)還要設(shè)置好上下渠的施工道路，同時(shí)做好排水措施。

2)水電準(zhǔn)備:對(duì)施工期間的生產(chǎn)及生活用水做好安排，在無(wú)水源地，可使用地下水。為保證施工的順利進(jìn)行，還應(yīng)該做好供電工作，保證施工用電的可靠性和安全性，現(xiàn)場(chǎng)配備一臺(tái)以上的發(fā)電機(jī)組。

3)機(jī)具準(zhǔn)備:準(zhǔn)備好施工用的所有機(jī)械、設(shè)備及工具，做好機(jī)械設(shè)備的調(diào)試工作，避免影響施工的正常進(jìn)行。平時(shí)做好機(jī)具設(shè)備的保養(yǎng)及管護(hù)工作。

4)試驗(yàn)檢測(cè):施工之前對(duì)碾壓水泥土的配合比、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、擊實(shí)密度等指標(biāo)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，從而獲得準(zhǔn)確的施工技術(shù)參數(shù)。

5)地下水控制:施工之前，需要對(duì)地下水位進(jìn)行復(fù)核，以保證水位在施工面以上，可采用管井法進(jìn)行降水，在倒虹吸管身右側(cè)，設(shè)置一排降水井點(diǎn)，控制好間距。

6)測(cè)量放線:根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙，采用全站儀進(jìn)行測(cè)量放線，在回填基礎(chǔ)面上，放出軸線，同時(shí)設(shè)置好結(jié)構(gòu)邊線及高程點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)。

4.2 原材料的選擇

濕陷性黃土地區(qū)渠道地基處理所采用的水泥、土，必須符合設(shè)計(jì)要求。施工前需要對(duì)水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間、抗折性、抗壓性進(jìn)行檢測(cè)，另外，還要保證水泥的塑性指標(biāo)、有機(jī)質(zhì)含量、水溶鹽含量符合設(shè)計(jì)要求;做好水泥土的配比試驗(yàn)，水泥土的摻入量必須得到有效控制。

4.3 換填施工

采用人工開挖的方式，將淤泥層挖除，將基底的淤泥按設(shè)計(jì)要求的厚度清除干凈，清除基底的樹根及其它雜物，并根據(jù)要求在基坑四周進(jìn)行放坡。同時(shí)做好基底的排水工作［1］。當(dāng)開挖到設(shè)計(jì)高程后，進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)量，避免出現(xiàn)超挖或欠挖?？刂坪酶叱?，避免其超出允許范圍;對(duì)水泥土進(jìn)行拌和，按設(shè)計(jì)要求在土中摻入水泥?？刹捎猛诰驒C(jī)進(jìn)行拌制，同時(shí)控制好含水率;水泥土可在現(xiàn)場(chǎng)拌和，如果發(fā)現(xiàn)土中含有大顆粒土，應(yīng)該及時(shí)采用人工進(jìn)行破碎;利用挖掘機(jī)將水泥土推放入施工場(chǎng)內(nèi)，采用人工回填、攤鋪;對(duì)水泥土進(jìn)行夯實(shí)時(shí)，可根據(jù)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，虛鋪厚度、壓實(shí)厚度，本工程中要求壓實(shí)厚度為40 cm;嚴(yán)格控制每層水泥土的厚度，以保證其壓實(shí)度。

4.4 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

1)控制好含水率:采用水泥土換填法處理濕陷性黃土地基時(shí)，必須控制好土的含水率。填料含水可略大于最優(yōu)含水量。避免局部出現(xiàn)彈簧土的問題。

2)分段回填:水泥土應(yīng)該采用分段回填依次施工的方法。應(yīng)根據(jù)要求順序施工，并保持均衡的上升頻率。對(duì)于施工層段間的回填土接縫處，應(yīng)該削成一定斜坡或臺(tái)階狀，并且保證坡度＜1∶3。施工縫處應(yīng)該加強(qiáng)夯實(shí)力度，以保證其壓實(shí)度。

3)低溫施工控制:當(dāng)施工時(shí)環(huán)境溫度較低時(shí)，應(yīng)該采取有效的保護(hù)措施，對(duì)水泥土進(jìn)行覆蓋保溫，避免對(duì)水泥土的性能產(chǎn)生影響;對(duì)于已經(jīng)填筑完成的水泥土層，應(yīng)該進(jìn)行灑水覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)。

4)控制好壓實(shí)度:每層水泥土填筑完成后，都應(yīng)該進(jìn)行壓實(shí)度試驗(yàn)，以保證其壓實(shí)度＞96%?？蓪?duì)水泥土的干密度進(jìn)行檢測(cè)，以計(jì)算出土的壓實(shí)度?；靥钔恋奶钪秶鷳?yīng)大于加固范圍一定尺寸。如果邊角位置存在無(wú)法機(jī)械夯實(shí)的地方，應(yīng)該采用人工進(jìn)行夯實(shí)。在回填土填筑結(jié)束后，其頂面應(yīng)該略高于設(shè)計(jì)高程。然后采用人工對(duì)其進(jìn)行整平，直到達(dá)到設(shè)計(jì)高程。

5)水泥土質(zhì)量控制:拌和后的水泥土應(yīng)該在3 h內(nèi)鋪筑完，以避免其性能發(fā)生改變。對(duì)于壓實(shí)后的水泥土層，不能再次擾動(dòng)或過壓，避免對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞。

［1］劉成剛，唐新平，水泥土換填在沙潁河治理工程候溝涵中的應(yīng)用［J］. 科技推廣與應(yīng)用，2012(11):29－30.