張　雁，張　蕾，趙小寧

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710018)

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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)計研究院，陜西 西安 710018)

[摘要]對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、施工條件，通過經(jīng)濟技術(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、預先浸水及強力夯實等。分析認為，在濕陷性黃土上建筑時，必須搞清濕陷類型及程度，采用相應(yīng)的地基處理，防水和結(jié)構(gòu)等措施。

[關(guān)鍵詞]黃土；濕陷性；處理方法

1濕陷性黃土

濕陷性黃土即為具有遇水下沉特性的黃土，稱為濕陷性黃土。黃土的濕陷性用濕陷系數(shù)進行判定，它是在給定的壓力下，由浸水所造成的相對變形值。統(tǒng)計研究得出在一定壓力下測定濕陷系數(shù)δs值小于0.015時，應(yīng)定為非濕陷性黃土；濕陷系數(shù)δs值等于或大于0.015時，應(yīng)定為濕陷性黃土；即土的自重壓力大于起始壓力而產(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。當實測濕陷量大于7 cm時,即定為自重濕陷性黃土地基；在沒有現(xiàn)場試驗條件時，也可根據(jù)室內(nèi)試驗并結(jié)合當?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗確定。

2濕陷性黃土地基危害

黃土地基的濕陷對建筑物的危害十分嚴重。地基濕陷的原因很多，如：貯水構(gòu)筑物或輸水管道漏水；工業(yè)或生活用水排放不當；大氣降水滲入和積聚以及地下水位上升等。這些原因所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20～30 cm的變形量。這種數(shù)量大、速度快、而又不均勻的地基變形正是建筑物所難以適應(yīng)的，往往會造成高聳構(gòu)筑物嚴重傾斜以及基礎(chǔ)傾斜等惡果。

3濕陷性黃土處理方法及適用條件

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、施工條件，通過經(jīng)濟技術(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、預先浸水及強力夯實等。

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，當壩基沉降量主要由表層土產(chǎn)生，強濕陷性或強壓縮性土層相對較薄時，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。采用開挖回填法處理黃土地基時，回填土的壓實度應(yīng)不低于壩體同類土料的壓實標準。

表面重錘夯實法：將重錘提高到一定高度后，形成自由落體運動沖擊地層，重復夯打，使黃土的密實度增大，改善土的物理力學性質(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2 t以上的重錘時，一般處理厚度為1.0～1.5 m。當表層黃土含水率較低時，則不易夯實；若含水率太高時，容易形成橡皮土。因此，在采用重錘夯實時，對地基黃土應(yīng)控制含水率。在實施前應(yīng)進行夯實實驗，以選定錘重、錘的尺寸、夯錘落距和夯實遍數(shù)等施工參數(shù)。

預先浸水法：在壩體填筑之前，在壩基范圍內(nèi)向濕陷性黃土層中預先加水浸泡，通過浸水減少黃土的濕陷性。當壩基黃土屬于強或中等濕陷性，土層厚度較大，且壩基沉降量中以濕陷變形為主時，適宜采用預先浸水法處理。當濕陷性黃土層的厚度在15～20 m以上時，可采用深層預先浸水法加速浸水過程。

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

濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范里具體的方法及適用范圍詳見表1。

4相關(guān)工程實例

紅石峁水庫是一座以供水為主，兼顧攔沙、防洪的工程。水庫總庫容1 847萬 m3，工程屬于Ⅲ等中型工程。相應(yīng)主要建筑物大壩、泄洪洞、輸水建筑物、充水建筑物為3級，臨時建筑物為4級。

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。

壩址區(qū)一級階地上部堆積Q41al砂壤土層厚0.5～5 m，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)定計算，屬自重濕陷性土，自重濕陷量△zs=76.8 mm，總濕陷量計算值△s=80.3 mm，場地的濕陷類型屬自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅱ級(中等)。濕陷深度5.0 m。

表1

兩壩肩黃土梁的Q3eol黃土、古土壤具濕陷性，其壩肩一般厚度10～30 m，土層自重濕陷量計算值△zs=0～144 mm，總濕陷量計算值△s=115～400.3 mm，壩址左右壩肩各探坑濕陷計算求得的濕陷等級均有差異，但最高均為自重濕陷Ⅱ級(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(中等)場地。濕陷深度較大，壩肩以下10～20 m。

左壩肩為黃土山梁，高程1 084～1 101 m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10～50 m，屬自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅱ級(中等)，壩肩自然坡角25°～45°。以下為砂泥(頁)巖互層，基巖頂板高程比設(shè)計庫水位高程低約14～32 m。邊坡基本穩(wěn)定。

本次設(shè)計對于左壩肩濕陷性黃土采用浸水預沉法及換填法兩種方案進行比較。

方案一：浸水預沉法

在兩壩肩開挖平臺后，分三層造孔充庫預沉，孔距5 m，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：工程投資相對較小，缺點：預沉需要時間較長，對其它工程初期會有影響，處理效果難以保證。

方案二：換填法

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2 m控制，開挖單級坡高10 m，壩頂高程以下坡比1:1，平臺寬度為5 m，在壩頂高程以上開挖坡比1:0.75，平臺寬度為3 m。右壩肩存在14#錯落體，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：施工簡單，工期短，處理效果較好；挖除土方可利用，缺點：工程投資略大，對于開挖壓實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。

本次工程設(shè)計對于左壩肩濕陷性黃土采取開挖方式進行處理，臨水側(cè)，水下開挖綜合坡比1:3，水上綜合坡比1:1，每隔10 m設(shè)置一道戧臺，寬3 m，并在1 124 m以下采用干砌石護坡，每級戧臺內(nèi)側(cè)設(shè)縱向排水溝，每隔10 m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)1 124 m以下綜合坡比1:1.5，以上為1:1，每隔10 m設(shè)置一道戧臺，排水系統(tǒng)布設(shè)與臨水側(cè)相同。

5結(jié)語

在濕陷性黃土地基上進行建筑時，必須弄清地基的濕陷類型和濕陷程度。無論是自重濕陷黃土地基，還是非自重濕陷黃土地基，其濕陷性的嚴重危害程度都決定于地基中濕陷性土層的厚度、部位和濕陷系數(shù)的大小。要根據(jù)建筑物的重要性和地基的濕陷等級采取相應(yīng)的地基處理、防水和結(jié)構(gòu)等措施。

參考文獻

[1]水工設(shè)計手冊.第二版第六卷.中國水利水電出版社.

[2]土壩設(shè)計下冊.水利電力出版社.

[3]濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范GB50025-2004.

[收稿日期]2015-09-14

[作者簡介]張雁(1983-)，女，陜西渭南人，工程師，主要從事水庫擋水建筑物設(shè)計，防洪工程設(shè)計等相關(guān)工作。

[中圖分類號]TV223.4

[文獻標識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)01-0162-02