南水北調中線工程安陽段渠道濕陷性黃土基礎處理方法淺談

宋 冰

（河南金鼎工程咨詢有限公司 河南 鄭州 450002）

黃土主要分布在我國陜西、甘肅、山西、河南大部分地區，它是一種顆粒組成以粉粒為主的黃色或褐黃色粉狀土。具有天然含水量的黃土，如未受水浸濕，一般強度較高、壓縮性較小。有的黃土在覆蓋土層的自重應力和附加應力的作用下受水浸濕，使土的結構迅速破壞而發生顯著的附加下沉，其強度也隨著迅速降低，從而形成濕陷性黃土。

濕陷性黃土在南水北調中線工程安陽段渠道設計軸線上廣泛存在，如何制定合理有效經濟的施工方案，是保證渠道工程施工質量、安全運行、控制工程投資的關鍵因素。

濕陷性黃土各種基礎處理方法如下：

1）墊層法是先將基礎下的濕陷性黃土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分層夯實做成墊層，以便消除地基的部分或全部濕陷量，并可減小地基的壓縮變形，提高地基承載力。墊層的設計主要包括墊層的厚度、寬度、夯實后的壓實系數和承載力設計值的確定等方面。墊層設計的原則是既要滿足建筑物對地基變形及穩定的要求，又要符合經濟合理的要求。

2）預浸水法是在修建建筑物前預先對濕陷性黃土場地大面積浸水，使土體在飽和自重應力作用下，發生濕陷產生壓密，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷濕陷性。預浸水法一般適用于濕陷性黃土厚度大、濕陷性強烈的自重濕陷性黃土場地。由于浸水時場地周圍地表下沉開裂，并容易造成空洞跑水穿洞影響建筑物的安全，所以空曠的新建地區較為適用。

3）強夯法加固地基機理一般認為，是將一定重量的重錘以一定落距給予地基以沖擊和振動，從而達到增大壓實度，改善土的振動液化條件，消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。強夯加固過程是瞬時對地基土體施加一個巨大的沖擊能量，使土體發生一系列的物理變化，如土體結構的破壞或排水固結、壓密以及觸變恢復過程。其作用結果是使一定范圍內的地基強度提高、孔隙擠密。

4）擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基，施工時，先按設計方案在基礎平面位置布置樁孔并成孔，然后將備好的素土（粉質粘土或粉土）或灰土在最優含水量下分層填入樁孔內，并分層夯（搗）實至設計標高止。通過成孔或樁體夯實過程中的橫向擠壓作用，使樁間土得以擠密，從而形成復合地基。

根據南水北調中線工程安陽段實際情況及施工進度要求，在解決渠道濕陷性黃土基礎處理方法上主要采用強夯法。下面簡要介紹一下強夯施工流程及其影響因素。

1 影響夯實因素

1.1 含水量對夯擊效果的影響

含水量是土的基本物理性質指標之一,含水量的變化會直接影響土的強度。濕陷性黃土地基中的天然含水量比較小,相對加固飽和土地基而言,強夯過程中一般不會出現孔隙水擴散,這更加有利于強夯法的施工。

1.2 孔隙比對夯擊效果的影響

強夯加固過程是使黃土在夯擊力作用下由松散狀態變為密實狀態的過程?？紫侗仁敲枋鼋Y構性變化的一個重要參數,濕陷性黃土地基中的天然含水量比較小,在巨大的夯擊能作用下土顆粒和孔隙空間性增加,孔隙比減小。經強夯處理后,土質達到密實狀態,孔隙體積可減少約60%。這時土質中含水量沒有發生變化,但是飽和度卻不斷增加。

1.3 夯錘形狀對夯擊效果的影響

針對不同的土質及不同地層結構,應采用不同的錘形。大多數夯錘都是平底,其錘底靜壓力在25-40kPa之間。

2 強夯法施工工藝

2.1 施工準備

強夯施工前,應查明場地內范圍的地下構筑物和各種地下管線的位置及標高等,并采取必要的措施,以免對原有構筑物造成破壞。在施工現場有代表性的場地上選取一個或幾個試驗區,進行試夯或試驗性施工。初步確定強夯參數,提出強夯試驗方案,進行現場試夯。在試夯過程中加強監測,及時調整,編寫施工組織設計,報總監審批同意方可施工。

2.2 夯點布置

夯點布置是否合理對于夯實效果也有直接影響。夯點一般布置成正三角形或正方形,這樣布置比較規整,也便于強夯施工。由于基礎的應力擴散作用,強夯處理范圍應大于基礎范圍,其具體放大范圍,可根據構筑物類型和重要性等因素考慮確定。夯點間距可根據所要求加固的地基土性質和要求處理深度而定。夯點間距一般取1.5-2.5倍的夯錘直徑。每4000mm2工作面為一個施工單位。夯擊遍數應根據地基土的性質確定,地基土滲透系數低,含水量高,需分3-4遍夯擊,反之可分兩遍夯擊,最后再以低能量“錯夯”一遍,其目的是將松動的表層土夯實。強夯一般分三遍施工。第一、二遍為間隔跳夯方式施工,錘中心間距為1.5d-2.5d,此處選錘中心問題(即夯位中心距)為 3m,以3m×3m方格網定位,每3m×3m方格網為一夯位,每個夯位連夯,夯點的夯擊次數可以結合公式:N=(EL2)/(MH)(夯點為方格布置,間距L)計算取值。也可按現場夯擊得到的夯擊次數和夯沉量關系曲線確定。夯擊結束后檢查夯沉量,最后兩擊平均夯沉量不得超過5cm,否則加擊。對于飽和細粒土,擊數可根據孔隙水壓力的增長和消散來決定,當被加固的土層將發生液化時的擊數即為該遍擊數,以后各遍擊數也可按此確定。第三遍采用低能量滿面拍夯,將場地表層松土夯實,夯位中心距1.5m。

2.3 間歇時間

所謂間歇時間，指相鄰夯擊兩遍之間的間歇時間。間歇時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間，對于滲透性較差的粘性土地基的間歇時間，應不少于3周；對于滲透性好的地基土，第二遍夯位施夯時間,與其相鄰的第一遍夯后應施夯時間間隔不得少于4天，每個夯區的第三遍拍夯必須在該夯區第二遍施夯完畢四天后進行。

2.4 強夯法的施工管理

夯位嚴格按照設計圖紙要求編制夯點編號，制定嚴格的安全管理措施,進行機械操作的主要人員必須掛牌上崗；用水準儀測量墊層鋪設前、后的對應測點標高,初步確定墊層厚度，每20米一個斷面，每個斷面5個規定測點,再按每斷面挖1處探坑,進一步確定墊層厚度；施工人員要認真做好強夯施工記錄，同時作好兩側的施工排水、防水措施。在施工現場均應設置專職施工質檢人員和施工安全人員，負責指導、檢查和監督施工現場的質量、安全操作和施工安全措施。對于產生的噪音與振動波對周圍的建筑物和居民將造成一定的影響，一般采用挖隔震溝進行阻隔消除其噪聲。

3 強夯法施工的優點和效果

強夯法施工相比較其他施工方法具有自己的優點,施工工藝簡單，僅用一臺起重機和重錘即可施工等。夯后一般地基強度可提高2-5倍，壓縮性可降低2-10倍，加固影響深度可達6-10m，工效高、施工速度快，每臺設備每月可處理地基面積5000-10000m2。

4 結束語

南水北調中線安陽段總干渠中由于濕陷性黃土基礎處理渠線長，沿線濕陷性黃土的組成、物理力學性質也有所差異，因此充分做好地質勘察報告，分析清楚黃土的成因類型、時代、物質組成以及濕陷變形特性是確定濕陷性黃土基礎處理方案的關鍵。

［1］JGJ79-2002建筑地基處理技術規范[S].

［2］裴章勤,劉衛東.濕陷性黃土地基處理[M].中國建筑工業出版社,1992.

［3］葉書林.地基處理[M].中國建筑工業出版社,2004.