会宁县中川乡调蓄水池工程湿陷性黄土地基处理方法探讨

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　　摘 要：在黄土（黄土状土）地区建设蓄水池工程时，及其容易出现黄土自重湿陷、强湿陷而导致黄土结构严重变形现象。根据会宁县中川黄土地貌选用地基处理方法时，应考虑工程地质性质即，黄土的湿陷类型，湿陷强度和工程规范要求;根据地域特征、取材难易程度、施工条件可实现性等，即要求技术过硬又要求经济可行的综合比较后予以选用。
　　关键词：湿陷性黄土;地基处理方法选用;处理方法
　　中图分类号：TV223 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）09-0122-02
　　0 引言
　　会宁县中川乡政府为解决当地人蓄饮水供给困难，提高饮水质量，保证当地生活用水安全可靠，美化当地人们生活环境，在乡政府以南3km处修建调蓄水池，调蓄水池平面近似椭圆形，南北长125m，东西宽45m，调蓄水池区地表面积11.25×103m2，总容积4.0万m3，水深约5.0m。按工程规范此蓄水池按建筑物分类：乙级建筑物。
　　调蓄水池地基受力层为湿陷性黄土，而且具有自重湿陷性。因属湿陷性，很难在不处理的情况下达到不渗漏、不变形等要求，一定要对湿陷性黄土天然地基进行合理规范处理。因工程地质结构为湿陷性黄土所以地基处理面积基本为全处理，处理方法和措施的选择关乎蓄水池的存在与运行可能性。此方法工程效益显著，对当地经济发展起到一定推动作用，此经验来源科学合理水利施工规范要示，来源于水利工程人智慧结晶。实地检验对地质结构相似的工程地基处理有重要的借鉴和推广意义。
　　1 工程地质条件背景
　　工程区位于陇西黄土高原，区内降水量400～500mm，多集中于7～9三月。这里干旱少雨地区，降雨量少而且蒸发量大，植被覆盖率非常低，水土流失相当严重，地下水较为贫乏，其地下水主要赋存与黄土覆盖层下的基岩裂隙中。工程区地处西秦岭构造体系北缘的华家岭褶皱带与陇西旋卷构造体系分符合部位，经历了长期复杂的演变与多次构造运动。
　　工程区蓄水池场地内出露的地层有第四系各类成因的松散堆积物。现分述如下：
　　①全新统冲洪积粉质壤土（al-plQ41）：分布于祖厉河Ⅱ级阶地上，厚8.0～12.2m，为工程区建筑物的主要地基土。其岩性为中-重粉质壤土，浅黄色-浅黄褐色，土质不均，结构稍密，发育有小孔隙，具水平层理，根据试验数据计算为湿陷性。根据天然土样试验计算结果：地基土体容许承载力特征值fak=120kpa，压缩模量Es1-2=5.0Mpa，粘聚力标准值C=18.0kpa，内摩擦角φ=19.0°。②冲洪积砾砂土（al-plQ41）：厚3～5m不等，土黄色，含泥量较高，局部含少量砾石，粒径一般2～10mm，稍密-中密。砾石（2～60mm）的颗粒含量为79.77%，砂土（<2mm）的含量为20.23%;中值粒径（d50）6.11mm;不均匀系数（Cu）18.2，曲率系数（Cc）3.5。砂砾石允许承载力0.30～0.40Mpa，变形模量30～40Mpa。
　　2 场地的工程地质问题
　　2.1 场地的湿陷性
　　根据场地勘探及室内常规与土粒颗分、抗剪强度、湿陷性试验分析，勘探深度（8.0～12.2m）内地层岩性均为中、重粉质壤土，浅黄色-浅黄褐色，稍湿，一般厚度大于14.0m，土质均一，发育有小孔隙，具水平层理，弱透水，具中压缩性，中湿陷性。湿陷下限为5.0m，属Ⅳ（很严重）自重湿陷性场地。勘探点深度内未见地下水，因此可不考虑地下水的影响。
　　据土体试验成果，粒径组成：粉粒占67.3～72.6%，粘粒占17.2～22.3%、砂粒占10.2～12.0%，土按颗粒分类定名为中、重粉质壤土，土按液限和塑性指数分类名称为低液限粘土（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，原状土样以中压缩为主，压缩模量Es=10.1～16.9Mpa，自重湿陷系数0.008 ～0.048，属自重湿陷性黄土，湿陷系数0.008～0.056，湿陷性中等。特别是0～5m，天然含水率低，中压缩性，湿陷强烈，渗透性等级弱透水。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，中压缩，渗透等级微透水。深度5m以下，无湿陷性。其它试验指标随深度增加没有明显规律。工程场地土属黄土状土，勘探点深度内未见地下水，所以盐、碱性相对弱，对混凝土結构的腐蚀性、钢筋的混凝土结构中的钢筋的腐蚀性等级为微。根据场地试验指标，计算深度0.0～8.0m，计算得其自重湿陷量△zs=420～561mm，湿陷总量△s=386.5～436.0mm，场地为自重湿陷性场地，湿陷等级属Ⅲ（严重）～Ⅳ（很严重）。湿陷深度基本分布在0～11.0m，埋深5m以下为非湿陷。
　　总体蓄水池场地质结构为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级属Ⅲ-Ⅳ，天然地基必须采取防湿陷性、防渗透性措施来处理。
　　2.2 场地湿陷性黄土与工程作用
　　湿陷黄土在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，受破坏的程度较低，但受水浸湿达到饱和后，在土体自重应力、自重应力与外部附加应力共同作用下，与天然湿度下的性质相反强度会大大降低。当土体中残余的强度不足以抵抗土体中的结构应力时，土体结构会变化，迅速破坏，失去原有的状态，会出现严重的沉陷。地基沉陷后往往会造成蓄水池结构开裂，蓄水池渗漏，引起场地大面积开裂，下陷，从而引起其他次生危害，进一步加剧黄土地基的湿陷性，引起恶性循环。所以蓄水池工程中的湿陷黄土基础的施工质量直接影响整个工程。
　　3 调蓄水池场地地基处理方法合理选择
　　一项工程开始，万丈高楼平地起。地基处理方法直接影响工程安全运行，工程进度、对工程效益起直接推动作用。所以选择因地制宜的地基处理方法尤为重要。 　　根据工程特点和地基湿陷性黄土的特性，本着合理工程投资，就地取材、施工技术成熟简单、缩短施工周期短原则，对地基处理方法做如下筛选：
　　3.1 预浸水法
　　为了消除地基土湿陷性，条件具备时，可考虑采用预浸水法进行处理。可全部消除拟建工程场地地基土的湿陷性，由于周边场地为湿陷性地基土与沟谷，在采用预浸水处理，场地试验选择水浸面积较大，用水量非常大。会宁中川地地区干旱严重缺水，地表取水根本没有条件，找水浸水源特别困难。浸水时间和施工工期长，场地及周边地质结构为黄土状土湿陷性土。浸水过程可能因湿陷引发侧向渗漏边坡失稳坍塌或沉降等给周围村镇生活、公路等安全运行带来一系列隐患性。按工程施工规范，场地从预浸水至消除湿陷下沉稳定以及土的含水量降低到一定要求，所需要的时间为1年左右。耗时太长对工程投资来考虑不经济实效。因此，从对周边环境影响和经济性方面考虑，不适宜用预浸水进行地基处理。
　　3.2 强夯法
　　拟建调蓄水池工程地基可采用整片强夯法进行处理，依据需处理的土层厚度、要求达到的地基强度及变形指标，合理确定强夯地基处理深度。能短期内加固地基，工程施工期短、效果显著，是当前地基加固经济实惠方法之一。此方法的弊端是地基土质含水量对加固程度起直接作用，含水量过高采用强夯法出现“橡皮土”或称“弹簧土”，含水率过高形成翻浆现象。这时应当晾晒降低含水率，在夯击坑内加入碎石类的粗骨料，继续夯击检测。含水量过低，地粒之间粘度不够，无法用夯实的作用排出土粒之间孔隙。所以土质最优含水量对强夯法加固基础很重要。
　　实用强夯法时，其处理深度有限，黄土层较厚的区域基础加固达标较困难，对施工技术经验要求较高，施工过程会对周边环境有震动影响，考虑强夯处理的震动影响，还需选择具有代表性的地段先进行试夯或试验。
　　3.3 垫层法
　　土垫层或灰土垫层是水利工程地基处理成熟和普遍使用的方法，此方法缺点在于不能一次性消除基础下地基全部湿陷量。部分地段基础仍存在强烈湿陷性。工程区位于陇西黄土高原经济落后，当地地质构造无石灰产地，需远距离购买，所需材料采购给施工带来很多不便，基础加固得不到很好解决，所以此地不宜采用垫层法处理地基。
　　3.4 挤密（桩）法
　　挤密（桩）法具有成熟施工经验与良好消除湿陷性效果，但挤密法处理深度较浅，工程量大。场地区属湿陷性黄土需大范围处理，桩孔需要数量太多而且处理期限没有限度，从而会加大投资成本。此方法处理地基达到效果目前没有更好的、一步到位的经验可鉴见。因此挤密桩法处理此地基不经济、不适宜、不科学。
　　3.5 复合垫层法
　　类比黄土地区已建成的抗旱应急调蓄水池及其他工程经验。施工中减少征用耕地、减少开挖工程量、充分利用科学新型材料、最大限度减小施工对周边环境影响等综合因素考虑，水利工程地基处理方法中，此调蓄池采用复合垫层法。调蓄水池施工过程中按设计整片开挖至设计标高后，采用原土翻夯2.0-2.5m，根据黄土试样及实试验数据计算的最优含水率，控制在最优或接近最优含水率下分层回填，分层夯实至设计压实系数不小于0.97，处理范围不仅仅限于调蓄池，应大于调蓄池周边2m，消除地基部分湿陷性，整体防渗漏和连续封闭方面需加强处理，可采用加聚乙烯防渗层，铺设0.30～0.50m厚的10%水泥土保护层至基础设计高程，压实系数不得小于0.97，水泥土垫层厚度，应根据建筑物不同段防渗要求来确定。
　　在这种地质结构中5种地基处理方法经过比较和筛选，复合垫层法最适合于湿陷性黄土基础处理，处理结果更优于其他方法。方案实施后，经处理后的地基，经的起检验和检测要求，完全符合检验和检测要求。工程投入使用能够安全实效的运行。
　　4 调蓄水池场地地基处理方法的论证
　　本次結合蓄水池为乙类建筑，消除湿陷性的深度为4.0m，从上述5种处理方法最后找出最适合的复核地基处理方法。
　　复核地基从施工工艺、施工方法、施工工期及施工费用都要优于其它方法。
　　5 结语
　　（1）湿陷性黄土地基处理方法较多，选用地基处理方法时要因地制宜，应根据工程场地的湿陷强度确定湿陷等级严格按工程规范要求下，考虑取材、施工条件现实性，和排除地基存在隐患的彻底性，在科学、技术、经济多方面综合比较后择优选用，以免重工、返工。（2）充分进行实地勘探、钻探取样分析场地地基工程地质特的基础资料，参考、借鉴工程区相似地基处理的经验。本次结合蓄水池为乙类建筑，消除湿陷性的深度为4.0m，从上述5种处理方法最后找出最适合的复核地基处理方法。
　　参考文献
　　[1] 钱鸿缙，等.湿陷性黄土地基[M].1985.
　　[2] 翟礼生.中国湿陷性黄土区域建筑工程地质概要[M].科学出版社，1983.
　　[3] 中国人民共和国国家标准湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025 -2004）[S].中国建筑工业出版社.
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