強夯法在某城鄉(xiāng)供水工程新建水廠地基處理中的應(yīng)用

黃芝蘭

（江西贛禹工程建設(shè)有限公司，江西 南昌 330038）

1 工程概況

某供水工程是以城鄉(xiāng)生活、工業(yè)供水為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)環(huán)境改善的民生工程，年供水量5.15 億m3，工程總干渠渠首設(shè)計流量為20 m3/s，總干渠線路長度95.09 km，干渠和分干渠線路長度299.97 km，供水管線長度176.47 km［1]。水廠為供水工程配套工程，規(guī)模為8000 m3/d，平面布置包括凈水車間、排泥水調(diào)節(jié)池、廢水調(diào)節(jié)池、污泥濃縮間、污泥脫水間等水處理設(shè)施間，以及配水泵房、管理樓、鍋爐房、圍墻等配套建筑物，水廠地基以下分布III 級自重濕陷性黃土狀粉土層，層厚3 m～12 m 不等，場地內(nèi)基礎(chǔ)持力層為濕陷性黃土，且結(jié)構(gòu)較疏松，蟲孔及大孔隙較為發(fā)育，不宜直接作為建筑物持力層，必須對水廠基礎(chǔ)進行處理。本文根據(jù)項目區(qū)地質(zhì)勘查資料和成果，深入分析該地基地層特征及存在主要工程地質(zhì)問題，對水廠地基處理方法進行比選分析。

2 水廠工程地質(zhì)條件及評價

2.1 基本地質(zhì)條件

新建水廠位于調(diào)蓄水池北側(cè)五方河左岸Ⅱ級階地及階地后緣的低中山前緣坡腳處，此處地形較為平坦，形態(tài)呈不規(guī)則長方形，東西長約600 m，南北寬約200 m，階面高程1652 m～1646 m，從后緣向前緣傾斜，前后緣高差5 m～8 m，現(xiàn)為階梯狀耕地和果園林地。在廠區(qū)東側(cè)有一近南北向窄淺沖溝，沖溝底寬2 m～5 m，頂寬15 m～30 m，相對高差10 m～15 m，溝內(nèi)無水，暴雨時可形成洪流。廠區(qū)北側(cè)為風積黃土覆蓋在新近系棕紅色砂質(zhì)泥巖上的低中山坡腳，自然邊坡12°～15°。廠區(qū)南側(cè)前端為五方河河床水流所形成的Ⅱ級階地前緣，呈直立狀土質(zhì)陡坎，坎高約12 m～20 m，邊坡不穩(wěn)定，可結(jié)合調(diào)蓄水池修建進行處理。水廠平面布置圖見圖1。

圖1 水廠平面布置圖

根據(jù)水廠現(xiàn)場鉆探資料，廠區(qū)內(nèi)地層結(jié)構(gòu)較簡單，地層按其成因及巖性特征從上至下可劃分為4 層：第①層為粉質(zhì)壤土；第②層為馬蘭黃土；第③層黃土狀土；第④層新近系（N1）中厚層磚紅色粉砂質(zhì)泥巖，水廠典型工程地質(zhì)橫剖面圖見圖2?，F(xiàn)分述如下：

第④層：新近系（N1），為廠區(qū)地層的基底，巖性為中厚層磚紅色粉砂質(zhì)泥巖，基巖面高程1627.45 m～1632.8 m。

圖2 水廠典型工程地質(zhì)橫剖面圖

2.2 主要工程地質(zhì)問題及評價

因為場地為半挖半填，按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB 50025－2004），自重濕陷量自天然地面算起，濕陷量自地面下1.5 m 算起，根據(jù)原狀土試驗資料進行計算廠區(qū)北西側(cè)低中山前緣坡腳處，總濕陷量Δs=217 mm，屬非自重濕陷性場地，地基濕陷等級為I 級（輕微），場地南東側(cè)靠近五方河II 級階地前緣岸坎處自重濕陷量Δzs=537 mm，總濕陷量Δs=609 mm，屬自重濕陷性場地，地基濕陷等級為III 級（嚴重）。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，乙類建筑物可消除部分濕陷量，但處理深度不小于濕陷性黃土層深度的2/3 或6 m，且未被處理的濕陷性黃土層剩余濕陷量不應(yīng)大于150 mm。按此要求計算，廠區(qū)濕陷性黃土層一般厚度5.0 m～11.0 m，對乙類建筑處理深度達到5.0 m～7.0 m 即可滿足規(guī)范。

2.3 巖土體物理力學(xué)性質(zhì)

綜上所述，場地地層結(jié)構(gòu)主要有以下幾種，現(xiàn)將其地層結(jié)構(gòu)及試驗巖土體物理力學(xué)性質(zhì)分述如下；

2.4 地質(zhì)參數(shù)建議

水廠地基巖性主要以第四系沖洪積粉質(zhì)壤土為主，依據(jù)覆蓋層物理力學(xué)性質(zhì)常規(guī)試驗成果，結(jié)合試驗類比，給出工程區(qū)粉質(zhì)壤土物理力學(xué)參數(shù)建議值見表1。

表1 水廠粉質(zhì)壤土物理力學(xué)參數(shù)建議值表

3 地基處理措施

3.1 地基處理方案

目前地基處理措施有很多，比如預(yù)浸水法、強夯法、擠密樁法、墊層法和復(fù)合地基法等［2]，考慮到預(yù)浸水法用水量較大，場地從預(yù)浸水至消除濕陷性下沉穩(wěn)定的時間較長，同時項目區(qū)干旱區(qū)水等因素，預(yù)浸水法不適宜本工程水廠地基處理；采用強夯法施工時，濕陷性黃土地基容易出現(xiàn)“橡皮土”和“翻漿”現(xiàn)象，需要加入碎石骨料，項目區(qū)沒有，需到最近料場購買，增加工程投資；該水廠地基地層巖性簡單，濕陷性黃土厚度5 m～7 m，采用擠密樁可以很好地進行地基加固處理，但不僅施工時間較長，投資增加也很多，不經(jīng)濟，不推薦使用；墊層法不能完全解決濕陷性黃土沉降問題，若采用石灰墊層還需要去縣城購買；類比黃土地區(qū)及項目區(qū)已建工程地基處理工程經(jīng)驗，考慮充分利用項目區(qū)材料、不在耕地、減少開挖棄土的堆放以及減少對周邊環(huán)境影響等綜合因素，該水廠地基處理方法采用對墊層法加以改進的復(fù)合地基法較為優(yōu)越，具體處理措施如下：

所有構(gòu)（建）筑物基礎(chǔ)下部土層均為①黃土狀粉土層，該層具III 級自重濕陷性，故應(yīng)進行地基處理。a.先用強夯法消除一定深度范圍內(nèi)土層的濕陷性，強夯指標：單擊夯擊能為4000 kN·m，夯擊6 次，影響有效深度為6 m，夯擊后檢測土的濕陷性。b.夯擊后清除表面松散土，進行整片墊層處理，上部為0.6 m 厚的10%水泥土，下部原土翻夯，壓實系數(shù)均不小于0.97，強夯地基處理的范圍為廠區(qū)圍墻內(nèi)的全部地基。

3.2 地基處理施工技術(shù)要求

根據(jù)工程地質(zhì)條件，結(jié)合《水廠地基處理強夯試驗要求》相關(guān)要求，水廠地基采用整片處理，其平面處理范圍超出建筑物基礎(chǔ)外緣的寬度不小于4.0 m，根據(jù)廠區(qū)建筑物布置，設(shè)計確定的處理范圍為廠區(qū)圍墻以內(nèi)所有區(qū)域。水廠設(shè)計場區(qū)高程1649.0 m，強夯起夯標高采用1649.0 m，對于1649.0 m 高程以上的壤土，應(yīng)全部清除。根據(jù)水廠地質(zhì)勘探成果，水廠地基濕陷土層厚度達11.0 m，要求強夯處理影響深度為7.3 m，處理后要求高程1641.7 m 以上土層濕陷性全部消除，地基承載力特征值不小于150 kPa，夯實后的地基土壓實度不應(yīng)小于96%。

地基處理前先選擇強夯試驗區(qū)，水廠試驗區(qū)宜選在廠區(qū)西北角及東南角各一處，試驗區(qū)每處面積不宜小于400 m2，水廠強夯能級推薦采用6000 kN·m，夯擊點布置采用等邊三角形布置，見圖3。夯點的夯擊次數(shù)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，并應(yīng)同時符合下列要求：

圖3 強夯法夯點平面布置圖

（1）最后兩擊的平均夯沉量不大于150 mm；

（2）夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起，當發(fā)現(xiàn)隆起異常時應(yīng)中止實驗；

（3）不因夯坑過深而發(fā)生提錘困難。

夯擊遍數(shù)根據(jù)地基土的性質(zhì)及以往類似土質(zhì)施工經(jīng)驗［3]，夯擊遍數(shù)選擇4 遍，夯擊2 遍，最后以低能量（3000 kN·m）滿夯2遍，兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時間間隔，應(yīng)按不小于15 d 控制。滿夯時拍平錘印宜搭疊夯錘直徑的1/3，每印痕連夯（2～3）擊。

試驗在滿夯完成7 d 后進行試驗取樣，并進行壓實度及濕陷性試驗，取樣及試驗要求如下：

（1）夯擊完成采用探坑取樣，分別取出深度為7.3 m、6 m、5 m、4 m、3 m、2 m、1 m 土樣蠟封，送實驗室測出不同加固深度土的干密度壓實度及濕陷系數(shù)，要求壓實度不小于96%，濕陷系數(shù)δS均小于0.015。

（2）靜載試驗：要求夯實后的地基承載力特征值不小于150 kPa。

（3）測試結(jié)果不滿足設(shè)計要求時，可調(diào)整夯錘質(zhì)量、落距、夯擊次數(shù)等參數(shù)，重新試夯。

4 結(jié)論及建議

新建水廠地基層為濕陷性黃土，需進行地基處理，地基處理方法較多，方法選擇上必須根據(jù)工程區(qū)地質(zhì)條件、地質(zhì)資料和參數(shù)、建筑物特征對地基的要求，綜合考慮工期、施工質(zhì)量、施工對周圍環(huán)境的影響等因素，選擇技術(shù)可行經(jīng)濟合理的處理方法。本次水廠濕陷性黃土地基處理采納了推薦的復(fù)合地基法，簡單實用，效果顯著，對調(diào)蓄水池的設(shè)計、施工具有重要的參考意義。