大壩濕陷性黃土地基處理淺析

張　雁，張　蕾，趙小寧

(陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018)

?

大壩濕陷性黃土地基處理淺析

張雁，張蕾，趙小寧

(陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018)

[摘要]對(duì)濕陷性黃土地基的處理應(yīng)綜合考慮黃土層的厚度、黃土性質(zhì)和濕陷特性、施工條件，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較選定處理方案。常用處理方法有開(kāi)挖回填、表面重錘夯實(shí)、預(yù)先浸水及強(qiáng)力夯實(shí)等。分析認(rèn)為，在濕陷性黃土上建筑時(shí)，必須搞清濕陷類型及程度，采用相應(yīng)的地基處理，防水和結(jié)構(gòu)等措施。

[關(guān)鍵詞]黃土；濕陷性；處理方法

1濕陷性黃土

濕陷性黃土即為具有遇水下沉特性的黃土，稱為濕陷性黃土。黃土的濕陷性用濕陷系數(shù)進(jìn)行判定，它是在給定的壓力下，由浸水所造成的相對(duì)變形值。統(tǒng)計(jì)研究得出在一定壓力下測(cè)定濕陷系數(shù)δs值小于0.015時(shí)，應(yīng)定為非濕陷性黃土；濕陷系數(shù)δs值等于或大于0.015時(shí)，應(yīng)定為濕陷性黃土；即土的自重壓力大于起始?jí)毫Χa(chǎn)生的濕陷，稱為自重濕陷。土的自重壓力加上建筑物的附加壓力后而產(chǎn)生的濕陷，稱為非自重濕陷。劃分這兩類濕陷性黃土地基，一般采用現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水的方法。當(dāng)實(shí)測(cè)濕陷量大于7 cm時(shí),即定為自重濕陷性黃土地基；在沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件時(shí)，也可根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)并結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗(yàn)確定。

2濕陷性黃土地基危害

黃土地基的濕陷對(duì)建筑物的危害十分嚴(yán)重。地基濕陷的原因很多，如：貯水構(gòu)筑物或輸水管道漏水；工業(yè)或生活用水排放不當(dāng)；大氣降水滲入和積聚以及地下水位上升等。這些原因所造成的建筑物地基的濕陷變形往往是不均勻的,屬于失穩(wěn)型的地基變形,一般在一兩天內(nèi)就可能產(chǎn)生20～30 cm的變形量。這種數(shù)量大、速度快、而又不均勻的地基變形正是建筑物所難以適應(yīng)的，往往會(huì)造成高聳構(gòu)筑物嚴(yán)重傾斜以及基礎(chǔ)傾斜等惡果。

3濕陷性黃土處理方法及適用條件

濕陷性黃土地基的處理應(yīng)綜合考慮黃土層的厚度、黃土性質(zhì)和濕陷特性、施工條件，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較選定處理方案。常用處理方法有開(kāi)挖回填、表面重錘夯實(shí)、預(yù)先浸水及強(qiáng)力夯實(shí)等。

濕陷性黃土地基的處理，較為徹底的方法是開(kāi)挖回填法。因此，當(dāng)壩基沉降量主要由表層土產(chǎn)生，強(qiáng)濕陷性或強(qiáng)壓縮性土層相對(duì)較薄時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮挖除回填的處理方案。開(kāi)挖回填法是將地基的濕陷性黃土層全部或部分挖除，然后在土的最優(yōu)含水率條件下將原土分層回填，碾壓密實(shí)。采用開(kāi)挖回填法處理黃土地基時(shí)，回填土的壓實(shí)度應(yīng)不低于壩體同類土料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

表面重錘夯實(shí)法：將重錘提高到一定高度后，形成自由落體運(yùn)動(dòng)沖擊地層，重復(fù)夯打，使黃土的密實(shí)度增大，改善土的物理力學(xué)性質(zhì)，減少或消除黃土的濕陷性，對(duì)于位于地下水位以上，飽和度不大于0.6的濕陷性黃土，如采用2 t以上的重錘時(shí)，一般處理厚度為1.0～1.5 m。當(dāng)表層黃土含水率較低時(shí)，則不易夯實(shí)；若含水率太高時(shí)，容易形成橡皮土。因此，在采用重錘夯實(shí)時(shí)，對(duì)地基黃土應(yīng)控制含水率。在實(shí)施前應(yīng)進(jìn)行夯實(shí)實(shí)驗(yàn)，以選定錘重、錘的尺寸、夯錘落距和夯實(shí)遍數(shù)等施工參數(shù)。

預(yù)先浸水法：在壩體填筑之前，在壩基范圍內(nèi)向濕陷性黃土層中預(yù)先加水浸泡，通過(guò)浸水減少黃土的濕陷性。當(dāng)壩基黃土屬于強(qiáng)或中等濕陷性，土層厚度較大，且壩基沉降量中以濕陷變形為主時(shí)，適宜采用預(yù)先浸水法處理。當(dāng)濕陷性黃土層的厚度在15～20 m以上時(shí)，可采用深層預(yù)先浸水法加速浸水過(guò)程。

強(qiáng)力夯實(shí)法：采用較重的夯錘(錘重一般為10 t、15 t、20 t、30 t等幾種)以較大的落距(一般10～40 m)強(qiáng)力夯實(shí)濕陷性黃土壩基以提高其干密度。

濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范里具體的方法及適用范圍詳見(jiàn)表1。

4相關(guān)工程實(shí)例

紅石峁水庫(kù)是一座以供水為主，兼顧攔沙、防洪的工程。水庫(kù)總庫(kù)容1 847萬(wàn) m3，工程屬于Ⅲ等中型工程。相應(yīng)主要建筑物大壩、泄洪洞、輸水建筑物、充水建筑物為3級(jí)，臨時(shí)建筑物為4級(jí)。

工程區(qū)位于陜北黃土高原中部的黃土梁峁區(qū)，地勢(shì)為西北高、東南低,屬向南東緩傾的河谷盆地。

壩址區(qū)一級(jí)階地上部堆積Q41al砂壤土層厚0.5～5 m，土層的濕陷量按照GB50025-2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》有關(guān)規(guī)定計(jì)算，屬自重濕陷性土，自重濕陷量△zs=76.8 mm，總濕陷量計(jì)算值△s=80.3 mm，場(chǎng)地的濕陷類型屬自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)(中等)。濕陷深度5.0 m。

表1

兩壩肩黃土梁的Q3eol黃土、古土壤具濕陷性，其壩肩一般厚度10～30 m，土層自重濕陷量計(jì)算值△zs=0～144 mm，總濕陷量計(jì)算值△s=115～400.3 mm，壩址左右壩肩各探坑濕陷計(jì)算求得的濕陷等級(jí)均有差異，但最高均為自重濕陷Ⅱ級(jí)(中等)。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，壩肩Q3eol黃土、古土壤綜合評(píng)定為自重濕陷Ⅱ級(jí)(中等)場(chǎng)地。濕陷深度較大，壩肩以下10～20 m。

左壩肩為黃土山梁，高程1 084～1 101 m以上為黃土斜坡，上部由Q3eol黃土、古土壤及Q2eol+pl黃土狀土、Q2al礫石組成，層厚10～50 m，屬自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)(中等)，壩肩自然坡角25°～45°。以下為砂泥(頁(yè))巖互層，基巖頂板高程比設(shè)計(jì)庫(kù)水位高程低約14～32 m。邊坡基本穩(wěn)定。

本次設(shè)計(jì)對(duì)于左壩肩濕陷性黃土采用浸水預(yù)沉法及換填法兩種方案進(jìn)行比較。

方案一：浸水預(yù)沉法

在兩壩肩開(kāi)挖平臺(tái)后，分三層造孔充庫(kù)預(yù)沉，孔距5 m，梅花狀布設(shè)。主要工程量為：造孔1.73萬(wàn)延米，濕陷性處理0.70萬(wàn) m2，投資146.99萬(wàn)元。

優(yōu)點(diǎn)：工程投資相對(duì)較小，缺點(diǎn)：預(yù)沉需要時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)其它工程初期會(huì)有影響，處理效果難以保證。

方案二：換填法

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004要求，處理平面范圍在壩體輪廓以外2 m控制，開(kāi)挖單級(jí)坡高10 m，壩頂高程以下坡比1:1，平臺(tái)寬度為5 m，在壩頂高程以上開(kāi)挖坡比1:0.75，平臺(tái)寬度為3 m。右壩肩存在14#錯(cuò)落體，將其全部挖除，開(kāi)挖坡比與左壩肩相同。主要工程量為：土方開(kāi)挖23.76萬(wàn) m3，土方回填12.36萬(wàn) m3，投資365.75萬(wàn)元。

優(yōu)點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單，工期短，處理效果較好；挖除土方可利用，缺點(diǎn)：工程投資略大，對(duì)于開(kāi)挖壓實(shí)部位與原濕陷性黃土斷面結(jié)合無(wú)法處理。經(jīng)綜合分析比較，本次采用方案二。

本次工程設(shè)計(jì)對(duì)于左壩肩濕陷性黃土采取開(kāi)挖方式進(jìn)行處理，臨水側(cè)，水下開(kāi)挖綜合坡比1:3，水上綜合坡比1:1，每隔10 m設(shè)置一道戧臺(tái)，寬3 m，并在1 124 m以下采用干砌石護(hù)坡，每級(jí)戧臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)縱向排水溝，每隔10 m設(shè)置一道橫向排水溝。橫向排水第一道與最后一道必須緊貼開(kāi)挖面首端與末端。背水側(cè)1 124 m以下綜合坡比1:1.5，以上為1:1，每隔10 m設(shè)置一道戧臺(tái)，排水系統(tǒng)布設(shè)與臨水側(cè)相同。

5結(jié)語(yǔ)

在濕陷性黃土地基上進(jìn)行建筑時(shí)，必須弄清地基的濕陷類型和濕陷程度。無(wú)論是自重濕陷黃土地基，還是非自重濕陷黃土地基，其濕陷性的嚴(yán)重危害程度都決定于地基中濕陷性土層的厚度、部位和濕陷系數(shù)的大小。要根據(jù)建筑物的重要性和地基的濕陷等級(jí)采取相應(yīng)的地基處理、防水和結(jié)構(gòu)等措施。

參考文獻(xiàn)

[1]水工設(shè)計(jì)手冊(cè).第二版第六卷.中國(guó)水利水電出版社.

[2]土壩設(shè)計(jì)下冊(cè).水利電力出版社.

[3]濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范GB50025-2004.

[收稿日期]2015-09-14

[作者簡(jiǎn)介]張雁(1983-)，女，陜西渭南人，工程師，主要從事水庫(kù)擋水建筑物設(shè)計(jì)，防洪工程設(shè)計(jì)等相關(guān)工作。

[中圖分類號(hào)]TV223.4

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)01-0162-02