斗門水庫濕陷性黃土地基處理技術及質量控制

姚新順，陳雅斌，何飛，馬江紅，于智民

（中電建路橋集團西北基礎設施建設有限公司，陜西 西安 710000）

1 濕陷性黃土的概述

1.1 濕陷性黃土的分布

目前世界上的黃土共占地1300萬km2，然而地球表面總面積約5.1億km2，其中大約有1.49億km2陸地，因此黃土面積占地球陸地總面積的10%左右，其中我國擁有的黃土面積為5%。根據工程地質特點以及濕陷性的強弱程度，可以將中國的濕陷性黃土分為7個地區(qū)：隴西地區(qū)、隴東—陜北—晉西地區(qū)、關中地區(qū)、山西—冀北地區(qū)、河南地區(qū)、冀魯地區(qū)、邊緣地區(qū)。當今的社會城市建筑行業(yè)發(fā)展迅速，直接導致對土地需求日益增加。近年來，我國中西部黃土地區(qū)的建筑物數量不斷增加，因此研究濕陷性黃土地區(qū)地基處理技術是工程關鍵。

1.2 濕陷發(fā)生的原因

造成黃土發(fā)生濕陷有兩方面因素，其中黃土特有的孔隙結構和黃土的物質組成統(tǒng)稱為內在因素，黃土在遇水情況下浸濕則是外在因素。

黃土含水量降低時，導致土粒距離不斷減小，顆粒間的分子引力以及結合水和毛細水的結合力逐步增大。以上因素都增強了土粒間的抗滑移性能，因此土體不會在自重條件下擠壓密實，最終構成了主體骨架為粗顆粒的多孔隙結構。

由于黃土中膠結介質的凝聚結晶作用、負孔隙水壓力作用、共用結合水的聯結作用、毛細作用等，導致黃土地基具有較高的強度和抗壓變形能力。當黃土浸泡在水中或施加一定的外部壓力下受水浸濕會導致結合水膜變厚，并且逐漸浸入土顆粒之間。最終，結合水之間的聯系變小，水將黃土中的鹽類溶解，最終膠結物逐漸軟化，黃土的骨架強度降低。當黃土受上層土的自重壓力或在自重壓力與附加壓力共同影響時，結構迅速破壞；進一步，孔隙發(fā)生大的塌陷，最終導致了黃土地基的附加沉降變形。這就是黃土濕陷發(fā)生的內在過程。

濕陷性黃土有非自重濕陷性黃土，自重濕陷性黃土。其中，非自重濕陷性黃土是指只有在大于上覆土自重壓力下受水浸濕后才會發(fā)生濕陷的黃土；濕陷性黃土是指在上覆土自重壓力下受水浸濕發(fā)生濕陷的黃土。

在濕陷性黃土地區(qū)施工，要特別注意防止地基滲水，必要時必須進行人工土質改良或采取其他預防和控制措施。

2 濕陷性黃土地基的處理措施

2.1 工程概況

斗門水庫工程如圖1，位于陜西省西安市，建設場地在西郊灃河右岸。工程所在地距離西安市中心大致為20km，斗門水庫工程為引漢濟渭輸配水工程的調蓄水庫，其中，斗門水庫主要作用是為西安、咸陽等城市供水、提高城市環(huán)境；同時也可以用來防洪。

圖1 斗門水庫

斗門水庫總存儲量5052萬m3，庫區(qū)總占地面積達10.4km2，總周長為14.9km。斗門水庫工程分為南池系統(tǒng)和北池系統(tǒng)。其中南池圍壩、引漢濟渭工程的引水管線、供水管道、南池退水涵等部分共同組成南池系統(tǒng)；北池圍壩、灃河攔河樞紐、分洪渠、灃河退水渠、太平河退水渠及太平河補水管線等建筑物共同組成北池系統(tǒng)。

在分洪渠4262.58m范圍內，地基處理設計采用強夯法處理，橫向處理范圍為整個開挖橫斷面（包括濕地），且超出每側渠道外坡腳線以外各3m，強夯地基處理最終要消除地基4m以下深度范圍內黃土的濕陷性。設計要求強夯處理后的地基承載力檢測不得小于180kPa，并且測得的濕陷性系數均應小于0.015。

在強夯施工前制定試驗方案，選取合理的機械配備，制定高效可行的質量控制方案，通過試驗獲得適合該工程合理的強夯施工參數，以指導強夯施工。

2.2 區(qū)域地質

斗門水庫工程場區(qū)地處秦嶺北麓沖積平原處，出露的地層巖性主要為第四系（Q）上更新統(tǒng)風積黃土及第四系全新統(tǒng)沖洪積、沖積堆積的松散堆積物。工程區(qū)在地質構造單元上位于汾渭斷陷（Ⅰ）西部渭河斷凹（Ⅰ’）的南部邊緣，南鄰北秦嶺加里東褶皺（Ⅱ）。區(qū)域斷裂發(fā)育，受其影響工程區(qū)屬構造較不穩(wěn)定地區(qū)。斗門水庫工程區(qū)的地震動峰值加速度為0.20g，地震動反應譜特征周期0.40s，地震基本烈度為Ⅷ度。

2.3 處理措施

本次試驗選用參數為：夯點布設為梅花形布置，間排距按8.4m布置（3.5倍夯錘直徑），滿夯時錘印搭接1/4。具體方案設計布置分為以下三種。

方案一：主副夯采用間隔點跳打法分2遍進行，強夯夯擊能量采用2550kN·m；滿夯1遍，夯擊能量采用1275kN·m，夯印進行1/4搭接。

方案二：主副夯采用間隔點跳打法分2遍進行，強夯夯擊能量采用2160kN·m，主、副夯各一遍；滿夯1遍，夯擊能量1080kN·m，夯印進行1/4搭接。

方案三：主副夯采用間隔點跳打法分2遍進行，強夯夯擊能量采用1700kN·m；滿夯2遍，夯擊能量采用675kN·m，夯印進行1/4搭接。

2.4 強夯施工工藝

試驗區(qū)強夯施工流程如圖2。

圖2 強夯施工流程

2.5 強夯法施工技術要點

2.5.1 施工過程中的質量控制

為了保證強夯施工過程的順利，確?？⒐べ|量，在施工之前有必要進行監(jiān)督和審查。第一，買進設備時，必須仔細檢查，保證設備的質量，及時更換老舊設備，保證強夯施工按計劃進行；第二，施工之前應該按要求檢查夯錘下落距離，夯錘重量是否滿足要求，確保施工現場排水設備完善；第三，還要分別對強夯的夯擊遍數、夯點布置進行仔細地檢查和復核；最后，施工完成后應對加固效果進行檢查，然后根據現場數據，建立有針對性的強夯法地基加固檢驗標準。

2.5.2 技術人員的監(jiān)督

工作人員必須熟知強夯目標，做到心中有數。技術人員應隨時評估和監(jiān)測工程的現場環(huán)境和強夯施工參數，并嚴格記錄整個施工過程，并在竣工后檢查和記錄施工結果。這不僅將保證工程的順利實施，保證和提高了強夯效果，而且有助于強夯法施工技術完善。

2.5.3 現場的保護工作

必須布置設備對現場進行防御保護，在強夯點周圍，防護設備要按要求設置。強夯時必須檢查并保護排水系統(tǒng)，確保施工場區(qū)的排水路徑暢通。

2.5.4 完善責任體系，保護環(huán)境

建筑施工現場是比較危險的，這就是為什么我們必須始終把職工安全放在第一位。首先，必須健全制度，把責任和權利劃分到每個人員和部門，這樣施工中出現任何差錯，都可以根據權責分配制度進行精準調查。此外，在采用強夯法加固地基過程一定要注意環(huán)境的保護，避免出現對環(huán)境的過度破壞。做到文明施工，保護生態(tài)環(huán)境，實現建筑發(fā)展綠色化。

3 強夯法質量控制措施

①施工前必須安裝好施工機械和施工設備，進行調試。嚴格檢測夯錘的重量以及夯錘錘底面積，并初步對場地進行整平。對原始地基土樣進行采集，最后通過實驗進行物理力學參數分析。

②現場施工人員在測量放線時，一定要嚴格遵守甲方給出的坐標點進行，測量好的網格點也應得到適當的保護，技術人員應每天檢查網格點，如果發(fā)現任何問題，應及時糾正。

③在正式進行強夯前，需要先放夯點軸線，技術人員應嚴格檢查控制點，如果檢查沒有任何問題，再進行放線定位夯點，為了確保夯點中心位置的精確性，用10厘米鐵釘定位中心位置，用白灰做標記，最后以鐵釘為圓心，夯錘底面半徑為半徑畫上白色圓圈。

④在現場施工過程中，要保證夯錘重量，夯錘落距以及每個夯點的夯擊次數和夯擊遍數，并且必須設置專職人員對施工過程進行記錄，嚴格監(jiān)督檢查并記錄施工參數。

⑤施工人員必須在強夯施工前檢查夯點位置，如果夯點發(fā)生偏移或者夯點位置不清楚，應該采用鋼尺重新定位后再施工。完成的夯點應當天標注在施工圖中，施工記錄完整，字跡清楚，簽署齊全，并于當日提交工程技術負責人驗收[5]。

4 結論

針對濕陷性黃土地基，一般工程采用強夯法不僅能有效提高地基承載力，而且造價低，施工方便，是較適合濕陷性黃土的地基處理方法。

除此以外，結合西安市斗門水庫工程，提出的強夯法施工技術要點以及質量控制措施，對同類型工程有一定的參考價值。同時，質量控制方面仍存在一些不足，還需不斷改進和完善。