濕陷性黃土區(qū)調(diào)蓄水池地基處理探討

李 濤，張多宏，丁建興，張彥忠，王少英，曹 睿，許春娟，楊耀峰，賈生海

(1.甘肅水利機(jī)械化工程有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

1 工程概況

黑燕調(diào)蓄水池工程是引洮供水二期工程中唯一建在山頂(通渭縣馬營鎮(zhèn)黑燕山山頂)的高位水池，工程的建設(shè)對提高城鄉(xiāng)供水保障程度、改善水質(zhì)、解決區(qū)域水資源匱乏等問題具有積極作用。黑燕調(diào)蓄水池通渭縣馬營鎮(zhèn)黑燕村東側(cè)黃土梁峁區(qū)臺地斜坡上，縣道馬云公路東側(cè)約800m處。黑燕調(diào)蓄水池承擔(dān)通渭縣南部供水任務(wù)，供水區(qū)域包括平襄、第三鋪、碧玉、襄南、常河、什川、馬營、李店8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的部分城鎮(zhèn)人口、工業(yè)企業(yè)、農(nóng)村人畜用水，其水源為錦屏水庫專用輸水渠，供水區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀用水是以錦屏水庫為水源的南部農(nóng)村人飲工程解決的。調(diào)蓄水池設(shè)計庫容為30萬m3，水池防洪標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇設(shè)計、100年一遇校核[1]。工程設(shè)計調(diào)蓄水池最大池深14m，最大填筑高度約14.7m，調(diào)蓄水池迎水面采用復(fù)合土工膜防滲(200g/m2-PE0.5mm-200g/m2、單位面積質(zhì)量900g/m2)，設(shè)計邊坡迎水面1∶2.75、背水面1∶2，設(shè)置排水棱體。

蓄水池池基襯砌防滲措施如下：池底夯實(shí)處理，鋪設(shè)400mm厚的10%水泥土墊層，鋪0.5mm厚的單位面積質(zhì)量900g/m2的防滲復(fù)合土工膜，最后鋪800mm厚的壤土墊層；池壁處理與池底基本相似，不同在于鋪設(shè)土工膜之后進(jìn)行M10水泥砂漿墊層處理，處理厚度為400mm，其上安裝預(yù)制C20砼塊，厚度為80mm。

2 黑燕調(diào)蓄水池工程地質(zhì)條件

2.1 場地基本地質(zhì)條件

表1 地基土(巖)物理力學(xué)參數(shù)表

2.2 主要工程地質(zhì)問題

(1)地基土的濕陷變形是主要工程地質(zhì)問題。擬建蓄水池長軸方向沿東西向布置，采取半挖半填方式，北側(cè)以挖方為主，南側(cè)挖填結(jié)合。自重濕陷量ΔZS為856～900mm，總濕陷量ΔS為830～835mm，地基濕陷很嚴(yán)重，等級為Ⅳ級，屬于自重濕陷性場地。

(2)根據(jù)GB 50025—2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》的要求，乙類建筑物消除的濕陷量不應(yīng)該小于濕陷性土層深度的66.7%或者6m，同時未處理的土層濕陷量也不能大于0.15m，由此計算可得，本工程要求滿足的濕陷性黃土處理深度應(yīng)在7～13m[4-5]，需處理的濕陷性黃土層厚度較大，很難實(shí)現(xiàn)消除全部的濕陷量。

(3)水池壩體持力層選擇在馬蘭黃土及黃土狀土層中，馬蘭黃土SO42-離子含量9.41～56.49mg/kg，Cl-離子含量50.08～56.15mg/kg，屬于Ⅲ類場地環(huán)境，對混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽微腐蝕性。選擇該場地做調(diào)蓄水池場地相對較穩(wěn)定，但需經(jīng)過處理后方可修建水池。

3 地基處理方案比較

3.1 方案一(強(qiáng)夯法)

強(qiáng)夯法是在重錘夯實(shí)法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的黃土地基處理中最有效的方式之一。該方法是給重錘一個高度，使它在重力作用下做自由落體運(yùn)動，產(chǎn)生的夯擊能和沖擊波作用于地基表面，達(dá)到處理濕陷性黃土地基的目的[6-10]。強(qiáng)夯法在黃土地基處理中使用較多，是因為其具有設(shè)備簡單、加固效果明顯、施工工藝簡便、工效高等優(yōu)點(diǎn)，但該方法也有一定的缺陷，不能用于不允許對附近建筑物及設(shè)備產(chǎn)生影響的地基處理中，若必須進(jìn)行地基加固時，應(yīng)該采取防振、隔振措施[11]。

3.2 方案二(原土翻夯法)

原土翻夯法是指濕陷性黃土地基開挖后，將基底以下具有濕陷性的黃土全部挖出或者挖到需要的深度，然后以原土進(jìn)行回填夯實(shí)[12-13]。通過原土翻夯，一方面可以消除黃土濕陷性，減輕了附加壓力帶給地基的濕陷，另一方面也可以提高基礎(chǔ)的承載力。這種地基處理方法對處理自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土都適用[14]。

翻夯處理具體實(shí)施方案：當(dāng)調(diào)蓄水池池底與池堤坐落在非濕陷性土層時，原基平面夯實(shí)；當(dāng)池底與池堤與非濕陷性土層距離不超過3m時，原土翻夯；當(dāng)池底與池堤與非濕陷性土層距離大于3m時，將全部濕陷性土層挖除后再分層碾壓夯填，即先將全部挖出場地內(nèi)的濕陷性黃土存放在附近，再重新回填，每回填30cm，機(jī)械碾壓夯實(shí)1次。該方案相比強(qiáng)夯，大大減輕了震動強(qiáng)度。

3.3 方案比較

根據(jù)GB 50025—2004中地基處理的要求及方法，需要充分考慮調(diào)蓄水池的基本地基條件、調(diào)蓄水池建筑物設(shè)計、施工方法及相似黃土地基條件工程的處理經(jīng)驗，采用強(qiáng)夯法、原土翻夯法從經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行比較選擇[15-17]。各個方案基礎(chǔ)處理比較見表2。

表2 基礎(chǔ)處理方案比較表

3.3.1對工程規(guī)模的影響分析

本設(shè)計變更為黑燕調(diào)蓄水池、黑燕水廠辦公樓、凈水車間基礎(chǔ)處理措施的設(shè)計變更，基礎(chǔ)處理措施不會影響本工程規(guī)模，原工程規(guī)模不變。

3.3.2對工程安全的影響分析

3.3.3對生態(tài)環(huán)境的影響分析

黑燕調(diào)蓄水池基礎(chǔ)處理部位施工仍為土方施工工程，土方棄渣、利用等平衡計算成果基本一致，對渣場設(shè)置基本無影響，施工征占地的數(shù)量基本一致。施工區(qū)也不會由夯實(shí)或者翻夯而產(chǎn)生生物量的損失，施工單位在采取科學(xué)措施后將不會產(chǎn)生新的水土流失。

3.3.4對工程投資和效益等方面的影響分析

經(jīng)分析計算，黑燕調(diào)蓄強(qiáng)夯法基礎(chǔ)處理投資概算1148.58萬元；原土翻夯法基礎(chǔ)處理投資概算為1411.91萬元。原土翻夯法較強(qiáng)夯法方案投資增加263.33萬元。強(qiáng)夯法方案在施工期因為距離周圍建筑物近且附近居民阻擋無法施工，工程建設(shè)無法向前推進(jìn)，這將會影響工程完工和效益的盡快發(fā)揮。翻夯基礎(chǔ)處理將使工程正常施工并早日建成，對早日發(fā)揮工程效益起積極作用。

綜合比較，2種方案均能達(dá)到設(shè)計要求，強(qiáng)夯法投資最低，但因離村莊近震動強(qiáng)烈及距離附近石油管道近無法施工，原土翻夯法投資雖增加，但有效保障了周邊村民房屋的安全，因此黑燕調(diào)蓄水池基礎(chǔ)處理方案二優(yōu)于方案一。

4 結(jié)語

針對濕陷性黃土地基有多種處理方法，但我們選擇時需要考慮建筑物對地基的要求、周圍建筑物的安全性、生態(tài)環(huán)境和投資等因素，選擇技術(shù)支持經(jīng)濟(jì)合理的方法。在工程施工前需要對原設(shè)計方案進(jìn)行實(shí)驗驗證，如不合理應(yīng)該進(jìn)行及時變更。綜合多種因素綜合分析，推薦黑燕調(diào)蓄水池地基處理方案為原土翻夯法。