大壩濕陷性黃土地基處理淺析

張　雁　張　蕾　趙小寧（陜西水環境工程勘測設計研究院　陜西　西安　710018）

大壩濕陷性黃土地基處理淺析

張雁張蕾趙小寧
（陜西水環境工程勘測設計研究院陜西西安710018）

濕陷性黃土地基問題是在陜北地區修建水庫普遍存在的地質問題，本文通過紅石峁水庫壩基濕陷性處理方案，介紹了常用的濕陷性黃土處理方法及適用條件?？蔀橐院箢愃乒こ踢x取工程處理措施提供參考。

濕陷性黃土；處理方法

1　工程概述

紅石峁水庫位于子長縣城西北約7.5km處的紅石峁溝，壩址位于紅石峁溝口以上0.8km。水庫是一座以供水為主，兼顧攔沙、防洪等綜合利用的Ⅲ等中型水利工程。樞紐主要由大壩、泄洪洞、輸水建筑物、充庫建筑物等四部分組成。大壩采用均質土壩壩型，壩頂高程1124.00m，最大壩高46.0m，壩頂長398.5m，寬5m。

2　工程區濕陷性黃土特性

紅石峁水庫工程區位于陜北黃土高原中部的黃土梁峁區，地勢為西北高、東南低，屬向南東緩傾的河谷盆地，兩岸分布濕陷性黃土。濕陷性黃土是具有遇水下沉特性的黃土。黃土的濕陷性用濕陷系數進行判定，是在給定的壓力情況下，由浸水所造成的相對變形值。土的自重壓力大于起始壓力而產生的濕陷，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，一般采用現場試坑浸水的方法。在沒有現場試驗條件時，也可根據室內試驗并結合當地的建筑經驗確定。

紅石峁水庫壩址區一級階地上部堆積Q41al砂壤土層厚0.5m～5m，土層的濕陷量按照GB50025-2004《濕陷性黃土地區建筑規范》有關規定計算，屬自重濕陷性土，自重濕陷量△zs=76.8mm，總濕陷量計算值△s=80.3mm，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5.0m。

兩壩肩黃土梁的Q3eol黃土、古土壤具濕陷性，其壩肩一般厚度10m～30m，土層自重濕陷量計算值△zs=0mm～144mm，總濕陷量計算值△s=115mm～400.3mm，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）。結合區域地質資料，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10m～20m。

左壩肩為黃土山梁，高程1084m～1101m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10m～50m，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°。下部地層為砂泥（頁）巖互層，基巖頂板高程比設計庫水位高程低約14m～32m。

右壩肩按地層成因可分為三部分：壩軸線高程1155m以上為黃土斜坡，坡角38°～45°，地層為Q3eol黃土、古土壤及Q2eol+pl黃土狀土、Q2al礫石組成，Q3eol黃土、古土壤分布于壩頂以上，屬自重濕陷Ⅱ級（中等）；Q2eol+pl黃土狀土壩基以下不具濕陷性。

黃土地基的濕陷對建筑物的危害十分嚴重。濕陷性地基造成的建筑物地基的濕陷變形往往是不均勻的，屬于失穩型的地基變形，一般在一兩天內就可能產生20cm～30cm的變形量。濕陷性黃土地基會引起壩基局部塑性破壞和大壩整體性滑坡、壩體產生大的裂縫、地基長期處于軟弱狀態等危害，所以必須對左壩肩濕陷性黃土進行處理。

3　工程區濕陷性黃土處理措施

濕陷性黃土地基的處理應綜合考慮黃土層的厚度、黃土性質和濕陷特性、施工等條件，通過經濟技術比較選定處理方案。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。

表1-1　　濕陷性黃土地區建筑規范里具體的方法及適用范圍

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生，強濕陷性或強壓縮性土層相對較薄時，應優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，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2t以上的重錘時，一般處理厚度為1.0m～1.5m。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，對地基黃土應控制含水率。在實施前應進行夯實實驗，以選定錘重、錘的尺寸、夯錘落距和夯實遍數等施工參數。

預先浸水法：在壩體填筑之前，在壩基范圍內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15m～20m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10t、15t、20t、30t等幾種）以較大的落距（一般10m～40m）強力夯實濕陷性黃土壩基以提高其干密度。

因右壩肩濕陷性黃土處于壩頂高程以上，不需處理。本次設計只對于紅石峁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5m，梅花狀布設。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：開挖回填法

根據《濕陷性黃土地區建筑規范》GB50025-2004要求，處理平面范圍在壩體輪廓以外2m控制，開挖單級坡高10m，壩頂高程以下坡比1∶1，平臺寬度為5m，在壩頂高程以上開挖坡比1∶0.75，平臺寬度為3m。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合無法處理。經綜合分析比較，本次采用方案二。

由于壩體的安全性對水庫影響較大，開挖回填法是較為徹底的處理方法，并且可將開挖出的濕陷性黃土作為筑壩土料利用。本次工程設計對于左壩肩濕陷性黃土采取開回填挖方式進行處理，臨水側，水下開挖綜合坡比1∶3，水上綜合坡比1∶1，每隔10m設置一道戧臺，寬3m，并在1124m以下采用干砌石護坡，每級戧臺內側設縱向排水溝，每隔10m設置一道橫向排水溝。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1124m以下綜合坡比1∶1.5，以上為1∶1，每隔10m設置一道戧臺，排水系統布設與臨水側相同。

4　結論與建議

紅石峁水庫濕陷性黃土采用開挖回填方案，其處理效果仍待后期運行檢驗。在濕陷性黃土地基上進行建筑時，根據建筑物的重要性、濕陷類型及地基的濕陷等級采取相應的經濟合理的地基處理措施以保證建筑物的安全運行。陜西水利

（責任編輯：唐紅云）

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