南水北調(diào)中線工程安陽(yáng)段渠道濕陷性黃土基礎(chǔ)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(guó)陜西、甘肅、山西、河南大部分地區(qū)，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(qiáng)度較高、壓縮性較小。有的黃土在覆蓋土層的自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的作用下受水浸濕，使土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著的附加下沉，其強(qiáng)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(diào)中線工程安陽(yáng)段渠道設(shè)計(jì)軸線上廣泛存在，如何制定合理有效經(jīng)濟(jì)的施工方案，是保證渠道工程施工質(zhì)量、安全運(yùn)行、控制工程投資的關(guān)鍵因素。

濕陷性黃土各種基礎(chǔ)處理方法如下：

1）墊層法是先將基礎(chǔ)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(shí)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(shè)計(jì)主要包括墊層的厚度、寬度、夯實(shí)后的壓實(shí)系數(shù)和承載力設(shè)計(jì)值的確定等方面。墊層設(shè)計(jì)的原則是既要滿足建筑物對(duì)地基變形及穩(wěn)定的要求，又要符合經(jīng)濟(jì)合理的要求。

2）預(yù)浸水法是在修建建筑物前預(yù)先對(duì)濕陷性黃土場(chǎng)地大面積浸水，使土體在飽和自重應(yīng)力作用下，發(fā)生濕陷產(chǎn)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(yù)浸水法一般適用于濕陷性黃土厚度大、濕陷性強(qiáng)烈的自重濕陷性黃土場(chǎng)地。由于浸水時(shí)場(chǎng)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(qū)較為適用。

3）強(qiáng)夯法加固地基機(jī)理一般認(rèn)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(dòng)，從而達(dá)到增大壓實(shí)度，改善土的振動(dòng)液化條件，消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。強(qiáng)夯加固過程是瞬時(shí)對(duì)地基土體施加一個(gè)巨大的沖擊能量，使土體發(fā)生一系列的物理變化，如土體結(jié)構(gòu)的破壞或排水固結(jié)、壓密以及觸變恢復(fù)過程。其作用結(jié)果是使一定范圍內(nèi)的地基強(qiáng)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(shí)，先按設(shè)計(jì)方案在基礎(chǔ)平面位置布置樁孔并成孔，然后將備好的素土（粉質(zhì)粘土或粉土）或灰土在最優(yōu)含水量下分層填入樁孔內(nèi)，并分層夯（搗）實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高止。通過成孔或樁體夯實(shí)過程中的橫向擠壓作用，使樁間土得以擠密，從而形成復(fù)合地基。

根據(jù)南水北調(diào)中線工程安陽(yáng)段實(shí)際情況及施工進(jìn)度要求，在解決渠道濕陷性黃土基礎(chǔ)處理方法上主要采用強(qiáng)夯法。下面簡(jiǎn)要介紹一下強(qiáng)夯施工流程及其影響因素。

1 影響夯實(shí)因素

1.1 含水量對(duì)夯擊效果的影響

含水量是土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之一,含水量的變化會(huì)直接影響土的強(qiáng)度。濕陷性黃土地基中的天然含水量比較小,相對(duì)加固飽和土地基而言,強(qiáng)夯過程中一般不會(huì)出現(xiàn)孔隙水?dāng)U散,這更加有利于強(qiáng)夯法的施工。

1.2 孔隙比對(duì)夯擊效果的影響

強(qiáng)夯加固過程是使黃土在夯擊力作用下由松散狀態(tài)變?yōu)槊軐?shí)狀態(tài)的過程?？紫侗仁敲枋鼋Y(jié)構(gòu)性變化的一個(gè)重要參數(shù),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(jīng)強(qiáng)夯處理后,土質(zhì)達(dá)到密實(shí)狀態(tài),孔隙體積可減少約60%。這時(shí)土質(zhì)中含水量沒有發(fā)生變化,但是飽和度卻不斷增加。

1.3 夯錘形狀對(duì)夯擊效果的影響

針對(duì)不同的土質(zhì)及不同地層結(jié)構(gòu),應(yīng)采用不同的錘形。大多數(shù)夯錘都是平底,其錘底靜壓力在25-40kPa之間。

2 強(qiáng)夯法施工工藝

2.1 施工準(zhǔn)備

強(qiáng)夯施工前,應(yīng)查明場(chǎng)地內(nèi)范圍的地下構(gòu)筑物和各種地下管線的位置及標(biāo)高等,并采取必要的措施,以免對(duì)原有構(gòu)筑物造成破壞。在施工現(xiàn)場(chǎng)有代表性的場(chǎng)地上選取一個(gè)或幾個(gè)試驗(yàn)區(qū),進(jìn)行試夯或試驗(yàn)性施工。初步確定強(qiáng)夯參數(shù),提出強(qiáng)夯試驗(yàn)方案,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試夯。在試夯過程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè),及時(shí)調(diào)整,編寫施工組織設(shè)計(jì),報(bào)總監(jiān)審批同意方可施工。

2.2 夯點(diǎn)布置

夯點(diǎn)布置是否合理對(duì)于夯實(shí)效果也有直接影響。夯點(diǎn)一般布置成正三角形或正方形,這樣布置比較規(guī)整,也便于強(qiáng)夯施工。由于基礎(chǔ)的應(yīng)力擴(kuò)散作用,強(qiáng)夯處理范圍應(yīng)大于基礎(chǔ)范圍,其具體放大范圍,可根據(jù)構(gòu)筑物類型和重要性等因素考慮確定。夯點(diǎn)間距可根據(jù)所要求加固的地基土性質(zhì)和要求處理深度而定。夯點(diǎn)間距一般取1.5-2.5倍的夯錘直徑。每4000mm2工作面為一個(gè)施工單位。夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定,地基土滲透系數(shù)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(cuò)夯”一遍,其目的是將松動(dòng)的表層土夯實(shí)。強(qiáng)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(wǎng)定位,每3m×3m方格網(wǎng)為一夯位,每個(gè)夯位連夯,夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)可以結(jié)合公式:N=(EL2)/(MH)(夯點(diǎn)為方格布置,間距L)計(jì)算取值。也可按現(xiàn)場(chǎng)夯擊得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定。夯擊結(jié)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(duì)于飽和細(xì)粒土,擊數(shù)可根據(jù)孔隙水壓力的增長(zhǎng)和消散來(lái)決定,當(dāng)被加固的土層將發(fā)生液化時(shí)的擊數(shù)即為該遍擊數(shù),以后各遍擊數(shù)也可按此確定。第三遍采用低能量滿面拍夯,將場(chǎng)地表層松土夯實(shí),夯位中心距1.5m。

2.3 間歇時(shí)間

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

2.4 強(qiáng)夯法的施工管理

夯位嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求編制夯點(diǎn)編號(hào)，制定嚴(yán)格的安全管理措施,進(jìn)行機(jī)械操作的主要人員必須掛牌上崗；用水準(zhǔn)儀測(cè)量墊層鋪設(shè)前、后的對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高,初步確定墊層厚度，每20米一個(gè)斷面，每個(gè)斷面5個(gè)規(guī)定測(cè)點(diǎn),再按每斷面挖1處探坑,進(jìn)一步確定墊層厚度；施工人員要認(rèn)真做好強(qiáng)夯施工記錄，同時(shí)作好兩側(cè)的施工排水、防水措施。在施工現(xiàn)場(chǎng)均應(yīng)設(shè)置專職施工質(zhì)檢人員和施工安全人員，負(fù)責(zé)指導(dǎo)、檢查和監(jiān)督施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量、安全操作和施工安全措施。對(duì)于產(chǎn)生的噪音與振動(dòng)波對(duì)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(jìn)行阻隔消除其噪聲。

3 強(qiáng)夯法施工的優(yōu)點(diǎn)和效果

強(qiáng)夯法施工相比較其他施工方法具有自己的優(yōu)點(diǎn),施工工藝簡(jiǎn)單，僅用一臺(tái)起重機(jī)和重錘即可施工等。夯后一般地基強(qiáng)度可提高2-5倍，壓縮性可降低2-10倍，加固影響深度可達(dá)6-10m，工效高、施工速度快，每臺(tái)設(shè)備每月可處理地基面積5000-10000m2。

4 結(jié)束語(yǔ)

南水北調(diào)中線安陽(yáng)段總干渠中由于濕陷性黃土基礎(chǔ)處理渠線長(zhǎng)，沿線濕陷性黃土的組成、物理力學(xué)性質(zhì)也有所差異，因此充分做好地質(zhì)勘察報(bào)告，分析清楚黃土的成因類型、時(shí)代、物質(zhì)組成以及濕陷變形特性是確定濕陷性黃土基礎(chǔ)處理方案的關(guān)鍵。

［1］JGJ79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

［2］裴章勤,劉衛(wèi)東.濕陷性黃土地基處理[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1992.

［3］葉書林.地基處理[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.