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)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院陜西西安710018）

濕陷性黃土地基問題是在陜北地區(qū)修建水庫普遍存在的地質(zhì)問題，本文通過紅石峁水庫壩基濕陷性處理方案，介紹了常用的濕陷性黃土處理方法及適用條件?？蔀橐院箢愃乒こ踢x取工程處理措施提供參考。

濕陷性黃土；處理方法

1　工程概述

紅石峁水庫位于子長縣城西北約7.5km處的紅石峁溝，壩址位于紅石峁溝口以上0.8km。水庫是一座以供水為主，兼顧攔沙、防洪等綜合利用的Ⅲ等中型水利工程。樞紐主要由大壩、泄洪洞、輸水建筑物、充庫建筑物等四部分組成。大壩采用均質(zhì)土壩壩型，壩頂高程1124.00m，最大壩高46.0m，壩頂長398.5m，寬5m。

2　工程區(qū)濕陷性黃土特性

紅石峁水庫工程區(qū)位于陜北黃土高原中部的黃土梁峁區(qū)，地勢為西北高、東南低，屬向南東緩傾的河谷盆地，兩岸分布濕陷性黃土。濕陷性黃土是具有遇水下沉特性的黃土。黃土的濕陷性用濕陷系數(shù)進(jìn)行判定，是在給定的壓力情況下，由浸水所造成的相對變形值。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)場試坑浸水的方法。在沒有現(xiàn)場試驗(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。

紅石峁水庫壩址區(qū)一級(jí)階地上部堆積Q41al砂壤土層厚0.5m～5m，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=76.8mm，總濕陷量計(jì)算值△s=80.3mm，場地的濕陷類型屬自重濕陷性場地，濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)（中等），濕陷深度5.0m。

兩壩肩黃土梁的Q3eol黃土、古土壤具濕陷性，其壩肩一般厚度10m～30m，土層自重濕陷量計(jì)算值△zs=0mm～144mm，總濕陷量計(jì)算值△s=115mm～400.3mm，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、古土壤綜合評定為自重濕陷Ⅱ級(jí)（中等）場地。濕陷深度較大，壩肩以下10m～20m。

左壩肩為黃土山梁，高程1084m～1101m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10m～50m，屬自重濕陷性場地，濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)（中等），壩肩自然坡角25°～45°。下部地層為砂泥（頁）巖互層，基巖頂板高程比設(shè)計(jì)庫水位高程低約14m～32m。

右壩肩按地層成因可分為三部分：壩軸線高程1155m以上為黃土斜坡，坡角38°～45°，地層為Q3eol黃土、古土壤及Q2eol+pl黃土狀土、Q2al礫石組成，Q3eol黃土、古土壤分布于壩頂以上，屬自重濕陷Ⅱ級(jí)（中等）；Q2eol+pl黃土狀土壩基以下不具濕陷性。

黃土地基的濕陷對建筑物的危害十分嚴(yán)重。濕陷性地基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20cm～30cm的變形量。濕陷性黃土地基會(huì)引起壩基局部塑性破壞和大壩整體性滑坡、壩體產(chǎn)生大的裂縫、地基長期處于軟弱狀態(tài)等危害，所以必須對左壩肩濕陷性黃土進(jìn)行處理。

3　工程區(qū)濕陷性黃土處理措施

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、施工等條件，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較選定處理方案。常用處理方法有開挖回填、表面重錘夯實(shí)、預(yù)先浸水及強(qiáng)力夯實(shí)等。

表1-1　　濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范里具體的方法及適用范圍

濕陷性黃土地基的處理，較為徹底的方法是開挖回填法。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)壓縮性土層相對較薄時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮挖除回填的處理方案。開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2t以上的重錘時(shí)，一般處理厚度為1.0m～1.5m。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15m～20m以上時(shí)，可采用深層預(yù)先浸水法加速浸水過程。

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

因右壩肩濕陷性黃土處于壩頂高程以上，不需處理。本次設(shè)計(jì)只對于紅石峁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

在兩壩肩開挖平臺(tái)后，分三層造孔充庫預(yù)沉，孔距5m，梅花狀布設(shè)。主要工程量為：造孔1.73萬延米，濕陷性處理0.70萬m2，投資146.99萬元。

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

方案二：開挖回填法

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2m控制，開挖單級(jí)坡高10m，壩頂高程以下坡比1∶1，平臺(tái)寬度為5m，在壩頂高程以上開挖坡比1∶0.75，平臺(tái)寬度為3m。右壩肩存在14#錯(cuò)落體，將其全部挖除，開挖坡比與左壩肩相同。主要工程量為：土方開挖23.76萬 m3，土方回填 12.36萬 m3，投資365.75萬元。

優(yōu)點(diǎn)：施工簡單，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，對于開挖壓實(shí)部位與原濕陷性黃土斷面結(jié)合無法處理。經(jīng)綜合分析比較，本次采用方案二。

由于壩體的安全性對水庫影響較大，開挖回填法是較為徹底的處理方法，并且可將開挖出的濕陷性黃土作為筑壩土料利用。本次工程設(shè)計(jì)對于左壩肩濕陷性黃土采取開回填挖方式進(jìn)行處理，臨水側(cè)，水下開挖綜合坡比1∶3，水上綜合坡比1∶1，每隔10m設(shè)置一道戧臺(tái)，寬3m，并在1124m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10m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挖面首端與末端。背水側(cè)1124m以下綜合坡比1∶1.5，以上為1∶1，每隔10m設(shè)置一道戧臺(tái)，排水系統(tǒng)布設(shè)與臨水側(cè)相同。

4　結(jié)論與建議

紅石峁水庫濕陷性黃土采用開挖回填方案，其處理效果仍待后期運(yùn)行檢驗(yàn)。在濕陷性黃土地基上進(jìn)行建筑時(shí)，根據(jù)建筑物的重要性、濕陷類型及地基的濕陷等級(jí)采取相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)合理的地基處理措施以保證建筑物的安全運(yùn)行。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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