西安市斗門水庫濕陷性黃土壩基處理技術(shù)研究

宋康康，陳雅斌，王思瑞，李宗蔚，趙涵章

（中電建路橋集團(tuán)西北基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有限公司，陜西 西安 710000）

1 工程概況

本工程位于西安市西郊的灃河旁，原為昆明池所在地，現(xiàn)為改善城市的整體生態(tài)情況以更好地為城市供水，此處擬修建斗門水庫，同時(shí)也起到防洪防汛的作用。

斗門水庫分洪工程起點(diǎn)位于西漢高速下游約280m處灃河河道，分洪工程由攔河氣盾壩、分洪渠、分洪閘及灃河兩岸堤防加高培厚處理四部分組成。氣盾壩由25扇氣盾壩經(jīng)3個(gè)中墩分割成4跨，壩段總長153.6m。

分洪工程由灃河攔河閘、分洪閘、分洪渠及攔河閘左右岸堤防加高培厚四部分組成，其中攔河壩及分洪閘底板基礎(chǔ)采用振沖碎石樁處理方式，樁徑為0.8m，樁心距為2m，梅花形布置，樁長分別為10m和15m。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 區(qū)域地質(zhì)

秦嶺北麓近山前沖積平原為本工程施工現(xiàn)場所處的地貌單元，地層巖性包括第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土、全新統(tǒng)沖洪積和堆積的松散堆積物。工程所在區(qū)域構(gòu)造的穩(wěn)定性差，工程區(qū)的地震動峰值加速度為0.20g，地振動反應(yīng)譜特征周期0.40s，地震基本烈度為Ⅷ度。

2.2 地形地貌

工程湖庫區(qū)所在位置地形相對較平緩，大體上東南高，西北低，一級階地分布于湖庫區(qū)東北方向，階地高程介于397.00～404.00m，湖區(qū)石匣口西南有部分為二級階地，階面高程403.00～410.00m。

引水線路跨秦嶺山前洪積扇、渭河二級階地、一級階地、灃河漫灘等多個(gè)地貌單元，山前洪積扇主要分布于秦嶺山腳，向北延伸10km左右，整體地形南高北低地面高程490.00～413.00m；二級階地主要分布于馬王鎮(zhèn)以南、小豐村以北，階面高程397.00～408.00m；一級階地主要分布于牛東村以北至小豐村以南、灃河兩岸及馬王鎮(zhèn)以北，階面高程407.00～410.00m；在灃河分布有零星漫灘。

2.3 地層巖性

根據(jù)勘察資料可得，庫壩區(qū)地層從上到下主要為：

①-1：人工堆積土層（Q），雜色，由建筑垃圾、生活垃圾及粘性土等構(gòu)成，厚度0.5～1.5m，分布于庫區(qū)各居民點(diǎn)，在南部石匣口、浦陽等村莊附近，最大厚度可達(dá)2～4m。

⑤-1：壤土（Q），褐黃色，土質(zhì)不均勻，粉粒結(jié)構(gòu)，潮濕，可塑，分布于一級階地上部，勘探范圍內(nèi)厚度8～11m，最大厚度可達(dá)17m左右。

⑤-2：中砂（Q），灰黃～灰色，級配不良，含零星的中粗礫。稍濕，稍密，透鏡體或薄層夾層分布。

⑤-3：粉土（Q），黃色，可塑～硬塑，薄層夾層狀零星見于新堡子村附近，埋深5.2m～9.4m，厚度1.3～1.6m。

⑥：淤泥質(zhì)土（Ql），灰褐色，濕，可塑，具水平層理，結(jié)構(gòu)緊密，有腥臭味，粉粒為主。分布于湖庫區(qū)西北部，東至袁旗寨-常家灘一帶，南至楊家莊-谷雨莊一帶，埋深0～3.7m，厚度1.7～2.6m，局部為透鏡體分布。

⑦黃土（Q），褐黃色，土質(zhì)均勻，具有蟲孔及大孔隙等，狀態(tài)為可塑，分布于二級階地上部，層厚9.8～13.6m。

⑧粉質(zhì)粘土（Q），棕黃色～灰黃色，含氧化鐵條紋及鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，可塑，該層未穿透，最大揭露層厚為8.6m，廣泛分布于水庫區(qū)域渭河的二級階地、一級階地下部。

⑧中砂（Q），灰黃色～淺黃色，長石～石英質(zhì)，級配良好，含零星中粗礫，飽和，中密～密實(shí)狀態(tài)。分布于二級階地下部，主要位于堰下張村附近，KZK18，KZK11，KZK27與庫區(qū)連通，未穿透，最大揭露厚度為6.6m，庫區(qū)其他部位局部呈透鏡體分布，透鏡體層厚0.4～1.2m。

2.4 地層構(gòu)造及物理地質(zhì)現(xiàn)象

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造分析，在湖的區(qū)域范圍內(nèi)沒有斷裂從此通過；經(jīng)與西安市地裂縫圖進(jìn)行對比，同時(shí)西安巖土專業(yè)相關(guān)公司對湖區(qū)地裂縫所進(jìn)行勘察后發(fā)現(xiàn)，湖的區(qū)域范圍內(nèi)沒有地裂縫從此通過，因此斷裂構(gòu)造和地裂縫對該場地的穩(wěn)定性影響可以不在考慮的范圍內(nèi)。

2.5 水文地質(zhì)條件

勘察期所有鉆孔均可見地下水位，地下水深度在7.2～14.5m，屬于孔隙潛水，含水層主要包括粘性土層以及砂層。地下水年變化幅度3.0m左右，勘察期屬高水位期。地下水補(bǔ)給河水。

根據(jù)已有資料分析及本次取樣水質(zhì)分析成果，環(huán)境水對混凝土沒有腐蝕性，環(huán)境水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕性也基本沒有。

3 振沖碎石樁施工

在施工現(xiàn)場進(jìn)行振沖碎石樁施工時(shí)常使用擠密法，在地基中用振動沖擊等施工方法用于成孔，其后再把碎石填塞在孔洞中，擠壓密實(shí)形成一定直徑的樁體。

3.1 施工原理

振沖法加固地基時(shí)的重點(diǎn)在于用碎石樁提高地基的承載力，使原地基變?yōu)閺?fù)合地基，達(dá)到控制地表沉降和減少不均勻沉降的目的。此種施工方法可靠性高，施工時(shí)使用的機(jī)械設(shè)備便捷，操作難度小，同時(shí)可大大降低工程成本。碎石樁的透水性良好，對地基固結(jié)有促進(jìn)的作用，可使地基承載力提高1倍以上。

3.2 施工工藝

成孔時(shí)使用振動成孔機(jī)將孔位周圍的土體擠壓密實(shí)，而后將直徑約0.5～1m的碎石傾倒在孔中，用振動錘進(jìn)行振搗后再次向孔中倒入碎石，重復(fù)數(shù)次后直至完成碎石樁的施工。

3.2.1 清理平整施工場地

首先進(jìn)行試驗(yàn)樁施工。使用推土機(jī)對場地進(jìn)行平整，施工時(shí)由現(xiàn)場的施工人員和監(jiān)理人員對平整的土層厚度進(jìn)行監(jiān)測，使其滿足設(shè)計(jì)高程的規(guī)定。此外還要回填施工項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)的坑洞，滿足接下來的施工要求。

（3）動態(tài)吸附評價(jià)實(shí)驗(yàn)表明，制備的活性炭基脫氯劑具備良好的微量氯深度凈化性能，能將初始物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.02%的氯脫除至其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)低于0.00002%。氮?dú)怏w系中，脫氯劑的穿透時(shí)間為61.3 min；丙烯體系中，其穿透時(shí)間為70.0 min。

3.2.2 測量、定位放線

場地平整結(jié)束后進(jìn)行現(xiàn)場的定位和放線，現(xiàn)場的施工人員根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙對各個(gè)軸線和各個(gè)樁的所在位置以及間距進(jìn)行確定，樁位呈梅花形布置，并再次測量現(xiàn)場場地的高程；在確定好各個(gè)樁的位置后再次復(fù)核樁位。在現(xiàn)場監(jiān)理人員確認(rèn)驗(yàn)收后便能進(jìn)行下一步施工操作。

3.2.3 樁機(jī)就位

平穩(wěn)移動樁機(jī)，到達(dá)指定位置后使振沖器的錐尖對準(zhǔn)樁孔的中心點(diǎn)。

3.2.4 造孔

造孔時(shí)啟動振沖器，等機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，吊車緩緩下放振沖器進(jìn)入土中，貫入速度隨土質(zhì)而異，最快速度一般控制在2m/min。當(dāng)貫入到少于設(shè)計(jì)深度0.5m時(shí)造孔結(jié)束。

3.2.5 清孔

清孔的目的是使振沖孔順暢，泥漿變稀有利于填料加密。施工過程中，當(dāng)造孔結(jié)束后有下列情況時(shí)應(yīng)進(jìn)行清孔：孔口處孔徑小、孔內(nèi)存在孔徑窄小地段、孔中返出泥漿濃度大。

3.2.6 填料

造孔或清孔結(jié)束后，將合格石料填入孔內(nèi)，在制樁過程中振沖器留在孔內(nèi)，采用3m3裝載機(jī)連續(xù)向孔內(nèi)填入石料，直至滿孔。填料應(yīng)滿足以下要求：

①勻速振動下沉至地表下設(shè)計(jì)深度處，留振15～20s（或振沖器電流明顯增加立即上拔）；

②勻速振動上拔至孔口處，留振60s（視表層液化塌陷情況）；

③再次振動下沉至地表以下設(shè)計(jì)深度處，留振15～20s（或振沖器電流明顯增加立即上拔）；

④勻速振動上拔0.5m，留振15～20s（或振沖器電流明顯增加立即上拔）以此循環(huán)，每段振動上拔0.5m，留振15～20s（或振沖器電流明顯增加立即上拔）

⑤到達(dá)孔口時(shí)，再停留振動30s，此時(shí)該樁的施工完成。

單樁砂石灌入量按照V=1.2×π×R2×H進(jìn)行計(jì)算，其中砂石樁半徑R=800mm，樁長H=10或15m，計(jì)算得出灌入量為6.0288或9.043m，采用4～15cm的碎石作為填入的砂石。

3.2.7 移至下個(gè)孔位

移動到達(dá)下個(gè)孔位時(shí)再次重復(fù)上述的步驟，直到完成全部碎石樁。

3.3 振沖施工質(zhì)量控制

振沖碎石樁施工中對樁體質(zhì)量的控制主要是對水、電、材料等的控制。

3.3.1 水的控制

進(jìn)行水量控制時(shí)要保證施工時(shí)孔內(nèi)充滿水，目的是減少塌孔的風(fēng)險(xiǎn)。在成孔的過程中要根據(jù)工程的情況和地質(zhì)的變化對水壓進(jìn)行調(diào)整，在較軟的土層中一般水壓較小，硬土層采用大水壓。

3.3.2 電的控制

電的控制包括電流密度和留振時(shí)間。在進(jìn)行樁體的施工時(shí)電流值密實(shí)程度必須達(dá)到規(guī)范規(guī)定的值，對于留振時(shí)間而言，不得小于10s才能保證樁體的質(zhì)量，應(yīng)進(jìn)行試樁來確定控制施工時(shí)各個(gè)參數(shù)的大小。

3.3.3 料的控制

料的控制包括每m填料量以及每次填料量。填料是振沖碎石樁施工過程中十分重要的一步，填料的速度對樁的密實(shí)程度和施工成本有很大的影響。進(jìn)行填料時(shí)應(yīng)對以下幾點(diǎn)加以關(guān)注。①造孔完成后應(yīng)停留幾秒再進(jìn)行填料，剛進(jìn)行填料時(shí)不能過多，為的是減少孔口堵塞以及堵塞后返水的情況影響砂石中的泥土排出。②根據(jù)不同的地質(zhì)情況填料要滿足一定的級配要求。③為保證填料的質(zhì)量要控制好速度。④填料時(shí)要分層記錄置換量的大小，對不同地層的置換量變化進(jìn)行總結(jié)分析，從而更好地了解碎石樁的施工情況。

4 結(jié)論及建議

針對陜西省斗門水庫濕陷性黃土地區(qū)特殊水文地質(zhì)條件，采用振沖碎石樁進(jìn)行地基處理能有效地消除原有場地的濕陷性，提高地基的承載力。處理地基時(shí)使用振沖碎石樁的效果理想，實(shí)用的同時(shí)節(jié)約了施工成本，同時(shí)，提出的振沖施工質(zhì)量控制措施對同類型工程有一定的參考價(jià)值。