會(huì)寧縣中川鄉(xiāng)調(diào)蓄水池工程濕陷性黃土地基處理方法探討

秦文

摘 要：在黃土（黃土狀土）地區(qū)建設(shè)蓄水池工程時(shí)，及其容易出現(xiàn)黃土自重濕陷、強(qiáng)濕陷而導(dǎo)致黃土結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形現(xiàn)象。根據(jù)會(huì)寧縣中川黃土地貌選用地基處理方法時(shí)，應(yīng)考慮工程地質(zhì)性質(zhì)即，黃土的濕陷類型，濕陷強(qiáng)度和工程規(guī)范要求;根據(jù)地域特征、取材難易程度、施工條件可實(shí)現(xiàn)性等，即要求技術(shù)過硬又要求經(jīng)濟(jì)可行的綜合比較后予以選用。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土;地基處理方法選用;處理方法

中圖分類號(hào)：TV223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）09-0122-02

0 引言

會(huì)寧縣中川鄉(xiāng)政府為解決當(dāng)?shù)厝诵铒嬎┙o困難，提高飲水質(zhì)量，保證當(dāng)?shù)厣钣盟踩煽浚阑?dāng)?shù)厝藗兩瞽h(huán)境，在鄉(xiāng)政府以南3km處修建調(diào)蓄水池，調(diào)蓄水池平面近似橢圓形，南北長125m，東西寬45m，調(diào)蓄水池區(qū)地表面積11.25×103m2，總?cè)莘e4.0萬m3，水深約5.0m。按工程規(guī)范此蓄水池按建筑物分類：乙級(jí)建筑物。

調(diào)蓄水池地基受力層為濕陷性黃土，而且具有自重濕陷性。因?qū)贊裣菪?，很難在不處理的情況下達(dá)到不滲漏、不變形等要求，一定要對(duì)濕陷性黃土天然地基進(jìn)行合理規(guī)范處理。因工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)為濕陷性黃土所以地基處理面積基本為全處理，處理方法和措施的選擇關(guān)乎蓄水池的存在與運(yùn)行可能性。此方法工程效益顯著，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展起到一定推動(dòng)作用，此經(jīng)驗(yàn)來源科學(xué)合理水利施工規(guī)范要示，來源于水利工程人智慧結(jié)晶。實(shí)地檢驗(yàn)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)相似的工程地基處理有重要的借鑒和推廣意義。

1 工程地質(zhì)條件背景

工程區(qū)位于隴西黃土高原，區(qū)內(nèi)降水量400～500mm，多集中于7～9三月。這里干旱少雨地區(qū)，降雨量少而且蒸發(fā)量大，植被覆蓋率非常低，水土流失相當(dāng)嚴(yán)重，地下水較為貧乏，其地下水主要賦存與黃土覆蓋層下的基巖裂隙中。工程區(qū)地處西秦嶺構(gòu)造體系北緣的華家?guī)X褶皺帶與隴西旋卷構(gòu)造體系分符合部位，經(jīng)歷了長期復(fù)雜的演變與多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

工程區(qū)蓄水池場地內(nèi)出露的地層有第四系各類成因的松散堆積物。現(xiàn)分述如下：

①全新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)壤土（al-plQ41）：分布于祖厲河Ⅱ級(jí)階地上，厚8.0～12.2m，為工程區(qū)建筑物的主要地基土。其巖性為中-重粉質(zhì)壤土，淺黃色-淺黃褐色，土質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)稍密，發(fā)育有小孔隙，具水平層理，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算為濕陷性。根據(jù)天然土樣試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果：地基土體容許承載力特征值fak=120kpa，壓縮模量Es1-2=5.0Mpa，粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值C=18.0kpa，內(nèi)摩擦角φ=19.0°。②沖洪積礫砂土（al-plQ41）：厚3～5m不等，土黃色，含泥量較高，局部含少量礫石，粒徑一般2～10mm，稍密-中密。礫石（2～60mm）的顆粒含量為79.77%，砂土（<2mm）的含量為20.23%;中值粒徑（d50）6.11mm;不均勻系數(shù)（Cu）18.2，曲率系數(shù)（Cc）3.5。砂礫石允許承載力0.30～0.40Mpa，變形模量30～40Mpa。

2 場地的工程地質(zhì)問題

2.1 場地的濕陷性

根據(jù)場地勘探及室內(nèi)常規(guī)與土粒顆分、抗剪強(qiáng)度、濕陷性試驗(yàn)分析，勘探深度（8.0～12.2m）內(nèi)地層巖性均為中、重粉質(zhì)壤土，淺黃色-淺黃褐色，稍濕，一般厚度大于14.0m，土質(zhì)均一，發(fā)育有小孔隙，具水平層理，弱透水，具中壓縮性，中濕陷性。濕陷下限為5.0m，屬Ⅳ（很嚴(yán)重）自重濕陷性場地?？碧近c(diǎn)深度內(nèi)未見地下水，因此可不考慮地下水的影響。

據(jù)土體試驗(yàn)成果，粒徑組成：粉粒占67.3～72.6%，粘粒占17.2～22.3%、砂粒占10.2～12.0%，土按顆粒分類定名為中、重粉質(zhì)壤土，土按液限和塑性指數(shù)分類名稱為低液限粘土（CL）。深度0～11.0m，天然密度1.48～1.75g/cm3，天然含水率10.5～19.5%，孔隙比0.856～1.136，原狀土樣以中壓縮為主，壓縮模量Es=10.1～16.9Mpa，自重濕陷系數(shù)0.008 ～0.048，屬自重濕陷性黃土，濕陷系數(shù)0.008～0.056，濕陷性中等。特別是0～5m，天然含水率低，中壓縮性，濕陷強(qiáng)烈，滲透性等級(jí)弱透水。深度0～5.0m，天然密度大于1.60g/cm3，天然含水率19.4～21.6%，孔隙比0.843～0.856，中壓縮，滲透等級(jí)微透水。深度5m以下，無濕陷性。其它試驗(yàn)指標(biāo)隨深度增加沒有明顯規(guī)律。工程場地土屬黃土狀土，勘探點(diǎn)深度內(nèi)未見地下水，所以鹽、堿性相對(duì)弱，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性、鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕性等級(jí)為微。根據(jù)場地試驗(yàn)指標(biāo)，計(jì)算深度0.0～8.0m，計(jì)算得其自重濕陷量△zs=420～561mm，濕陷總量△s=386.5～436.0mm，場地為自重濕陷性場地，濕陷等級(jí)屬Ⅲ（嚴(yán)重）～Ⅳ（很嚴(yán)重）。濕陷深度基本分布在0～11.0m，埋深5m以下為非濕陷。

總體蓄水池場地質(zhì)結(jié)構(gòu)為自重濕陷性黃土場地，濕陷等級(jí)屬Ⅲ-Ⅳ，天然地基必須采取防濕陷性、防滲透性措施來處理。

2.2 場地濕陷性黃土與工程作用

濕陷黃土在天然濕度下，其壓縮性較低，強(qiáng)度較高，受破壞的程度較低，但受水浸濕達(dá)到飽和后，在土體自重應(yīng)力、自重應(yīng)力與外部附加應(yīng)力共同作用下，與天然濕度下的性質(zhì)相反強(qiáng)度會(huì)大大降低。當(dāng)土體中殘余的強(qiáng)度不足以抵抗土體中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力時(shí)，土體結(jié)構(gòu)會(huì)變化，迅速破壞，失去原有的狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的沉陷。地基沉陷后往往會(huì)造成蓄水池結(jié)構(gòu)開裂，蓄水池滲漏，引起場地大面積開裂，下陷，從而引起其他次生危害，進(jìn)一步加劇黃土地基的濕陷性，引起惡性循環(huán)。所以蓄水池工程中的濕陷黃土基礎(chǔ)的施工質(zhì)量直接影響整個(gè)工程。

3 調(diào)蓄水池場地地基處理方法合理選擇

一項(xiàng)工程開始，萬丈高樓平地起。地基處理方法直接影響工程安全運(yùn)行，工程進(jìn)度、對(duì)工程效益起直接推動(dòng)作用。所以選擇因地制宜的地基處理方法尤為重要。

根據(jù)工程特點(diǎn)和地基濕陷性黃土的特性，本著合理工程投資，就地取材、施工技術(shù)成熟簡單、縮短施工周期短原則，對(duì)地基處理方法做如下篩選：

3.1 預(yù)浸水法

為了消除地基土濕陷性，條件具備時(shí)，可考慮采用預(yù)浸水法進(jìn)行處理?？扇肯龜M建工程場地地基土的濕陷性，由于周邊場地為濕陷性地基土與溝谷，在采用預(yù)浸水處理，場地試驗(yàn)選擇水浸面積較大，用水量非常大。會(huì)寧中川地地區(qū)干旱嚴(yán)重缺水，地表取水根本沒有條件，找水浸水源特別困難。浸水時(shí)間和施工工期長，場地及周邊地質(zhì)結(jié)構(gòu)為黃土狀土濕陷性土。浸水過程可能因濕陷引發(fā)側(cè)向滲漏邊坡失穩(wěn)坍塌或沉降等給周圍村鎮(zhèn)生活、公路等安全運(yùn)行帶來一系列隱患性。按工程施工規(guī)范，場地從預(yù)浸水至消除濕陷下沉穩(wěn)定以及土的含水量降低到一定要求，所需要的時(shí)間為1年左右。耗時(shí)太長對(duì)工程投資來考慮不經(jīng)濟(jì)實(shí)效。因此，從對(duì)周邊環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)性方面考慮，不適宜用預(yù)浸水進(jìn)行地基處理。

3.2 強(qiáng)夯法

擬建調(diào)蓄水池工程地基可采用整片強(qiáng)夯法進(jìn)行處理，依據(jù)需處理的土層厚度、要求達(dá)到的地基強(qiáng)度及變形指標(biāo)，合理確定強(qiáng)夯地基處理深度。能短期內(nèi)加固地基，工程施工期短、效果顯著，是當(dāng)前地基加固經(jīng)濟(jì)實(shí)惠方法之一。此方法的弊端是地基土質(zhì)含水量對(duì)加固程度起直接作用，含水量過高采用強(qiáng)夯法出現(xiàn)“橡皮土”或稱“彈簧土”，含水率過高形成翻漿現(xiàn)象。這時(shí)應(yīng)當(dāng)晾曬降低含水率，在夯擊坑內(nèi)加入碎石類的粗骨料，繼續(xù)夯擊檢測(cè)。含水量過低，地粒之間粘度不夠，無法用夯實(shí)的作用排出土粒之間孔隙。所以土質(zhì)最優(yōu)含水量對(duì)強(qiáng)夯法加固基礎(chǔ)很重要。

實(shí)用強(qiáng)夯法時(shí)，其處理深度有限，黃土層較厚的區(qū)域基礎(chǔ)加固達(dá)標(biāo)較困難，對(duì)施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)要求較高，施工過程會(huì)對(duì)周邊環(huán)境有震動(dòng)影響，考慮強(qiáng)夯處理的震動(dòng)影響，還需選擇具有代表性的地段先進(jìn)行試夯或試驗(yàn)。

3.3 墊層法

土墊層或灰土墊層是水利工程地基處理成熟和普遍使用的方法，此方法缺點(diǎn)在于不能一次性消除基礎(chǔ)下地基全部濕陷量。部分地段基礎(chǔ)仍存在強(qiáng)烈濕陷性。工程區(qū)位于隴西黃土高原經(jīng)濟(jì)落后，當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)構(gòu)造無石灰產(chǎn)地，需遠(yuǎn)距離購買，所需材料采購給施工帶來很多不便，基礎(chǔ)加固得不到很好解決，所以此地不宜采用墊層法處理地基。

3.4 擠密（樁）法

擠密（樁）法具有成熟施工經(jīng)驗(yàn)與良好消除濕陷性效果，但擠密法處理深度較淺，工程量大。場地區(qū)屬濕陷性黃土需大范圍處理，樁孔需要數(shù)量太多而且處理期限沒有限度，從而會(huì)加大投資成本。此方法處理地基達(dá)到效果目前沒有更好的、一步到位的經(jīng)驗(yàn)可鑒見。因此擠密樁法處理此地基不經(jīng)濟(jì)、不適宜、不科學(xué)。

3.5 復(fù)合墊層法

類比黃土地區(qū)已建成的抗旱應(yīng)急調(diào)蓄水池及其他工程經(jīng)驗(yàn)。施工中減少征用耕地、減少開挖工程量、充分利用科學(xué)新型材料、最大限度減小施工對(duì)周邊環(huán)境影響等綜合因素考慮，水利工程地基處理方法中，此調(diào)蓄池采用復(fù)合墊層法。調(diào)蓄水池施工過程中按設(shè)計(jì)整片開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，采用原土翻夯2.0-2.5m，根據(jù)黃土試樣及實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算的最優(yōu)含水率，控制在最優(yōu)或接近最優(yōu)含水率下分層回填，分層夯實(shí)至設(shè)計(jì)壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，處理范圍不僅僅限于調(diào)蓄池，應(yīng)大于調(diào)蓄池周邊2m，消除地基部分濕陷性，整體防滲漏和連續(xù)封閉方面需加強(qiáng)處理，可采用加聚乙烯防滲層，鋪設(shè)0.30～0.50m厚的10%水泥土保護(hù)層至基礎(chǔ)設(shè)計(jì)高程，壓實(shí)系數(shù)不得小于0.97，水泥土墊層厚度，應(yīng)根據(jù)建筑物不同段防滲要求來確定。

在這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)中5種地基處理方法經(jīng)過比較和篩選，復(fù)合墊層法最適合于濕陷性黃土基礎(chǔ)處理，處理結(jié)果更優(yōu)于其他方法。方案實(shí)施后，經(jīng)處理后的地基，經(jīng)的起檢驗(yàn)和檢測(cè)要求，完全符合檢驗(yàn)和檢測(cè)要求。工程投入使用能夠安全實(shí)效的運(yùn)行。

4 調(diào)蓄水池場地地基處理方法的論證

本次結(jié)合蓄水池為乙類建筑，消除濕陷性的深度為4.0m，從上述5種處理方法最后找出最適合的復(fù)核地基處理方法。

復(fù)核地基從施工工藝、施工方法、施工工期及施工費(fèi)用都要優(yōu)于其它方法。

5 結(jié)語

（1）濕陷性黃土地基處理方法較多，選用地基處理方法時(shí)要因地制宜，應(yīng)根據(jù)工程場地的濕陷強(qiáng)度確定濕陷等級(jí)嚴(yán)格按工程規(guī)范要求下，考慮取材、施工條件現(xiàn)實(shí)性，和排除地基存在隱患的徹底性，在科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)多方面綜合比較后擇優(yōu)選用，以免重工、返工。（2）充分進(jìn)行實(shí)地勘探、鉆探取樣分析場地地基工程地質(zhì)特的基礎(chǔ)資料，參考、借鑒工程區(qū)相似地基處理的經(jīng)驗(yàn)。本次結(jié)合蓄水池為乙類建筑，消除濕陷性的深度為4.0m，從上述5種處理方法最后找出最適合的復(fù)核地基處理方法。

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