明渠工程中湿陷性黄土地基处理方法比选_张同凯.pdf

明渠工程中湿陷性黄土地基处理方法比选张同凯（新疆伊犁河水利水电投资开发（集团）有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）摘 要本文以新疆某长距离输水明渠为例，对明渠工程中湿陷性黄土地基的处理方法展开探讨，从施工工艺、投资、环境影响等方面进行分析，综合考虑各施工方法在实际施工中的应用，以选择适宜的地基处理方法。关键词地基处理；湿陷性黄土；明渠工程中图分类号 TV672文献标识码B文章编号 10020624（2023）030017021 工程概况新疆某干渠工程主要由明渠、隧洞、水闸、矩形槽、渡槽及交叉建筑物等组成，总长128 km，设计流量6020 m3/s，工程为等大（1）型工程。明渠工程某段布置于山坡斜坡上，纵坡1/10 000，梯形断面，渠深4.7 m，该段渠道建基面表层粉土多来源北部丘陵区的黄土，属次生黄土，具有湿陷性，累计总长度约27 km。渠道南侧北山坡坡下有高速、国道、农田、居民区及工厂等重要保护对象，因此，处于湿陷性土层内的北山坡渠段基础均需进行处理。2 地质条件渠道沿线多沟梁相间的“W”型地形，多分布冲洪积含土碎石层及粉土，坡面为低液限粉土、粉土质砂，厚度由坡顶向沟底逐渐变厚，夹碎石层，具有明显水流搬运痕迹。分布于沟底的粉土层厚10.020.0 m，两岸斜坡粉土层厚5.010.0 m。轻微湿陷性黄土的湿陷系数为0.0150.030，多位于地表以下 5.07.0 m，局部达 11.0 m；中等湿陷性黄土的湿陷系数为0.0300.070，多位于地表以下2.03.0 m，少部分为地表以下4.05.0 m，局部达9.5 m。经分析，北山坡区的表层粉土多来源于北部丘陵区的黄土，地表向深部延伸的湿陷系数呈逐渐变小的趋势，由强湿陷性土逐渐变为中等湿陷、轻微湿陷、非湿陷土层。工程区湿陷性土岩性为低液限粉土、含砂低液限粉土，少部分为粉土质砂，3 种岩性中均含有部分粘粒，含量为 0.1%4.8%，但塑性指数为 7.213.9，不均匀系数为1.36.9，曲率系数为0.62.4，表层3.05.0 m范围内湿陷系数为0.016 40.145 4。北山坡段粉土天然含水率分布很不均匀，且随季节变化，天然含水率最大值为 25.1%，最小值为 0.7%，平均值为5.8%，大部分天然含水率为 1.3%13.0%，约占总量的92.0%。3 湿陷性黄土处理方案比选3.1 土基翻填或置换翻填是将存在湿陷性的黄土挖掉，但挖除的土仍具备作为填筑料使用的条件，其在制备场地进行晾晒或洒水制备后，再分层回填至基坑作为垫层。施工中应加强控制土体含水率，宜控制在最优含水率的0%3.0%以内，经现场压实度碾压试验，该种湿陷性土最优含水率为15.0%左右。置换与翻填施工原理基本相同，仅在填筑介质上发2023年第3期工程施工东北水利水电 17DOI:10.14124/ki.dbslsd22-1097.2023.03.007生了改变，即弃用开挖土基，采用砂砾料、砾石土、灰土、水泥土、物理结构性质更好的黄土作为回填料分层填筑基坑2。置换对周边施工环境影响较小，机械设备的组织及施工工艺简单，且对湿陷性土基的处理效果明显，但施工投资较高，尤其现今砂砾料原材成本较前期增加明显。因此，垫层土料翻填或置换方案适用于小范围和浅湿陷性的基础处理部位，如用在湿陷性土层厚小于2.0 m及其他特殊部位的处理，特别是在水闸、排洪涵等重要建筑物湿陷性黄土基础处理中，通过采用物理结构性质更好的介质进行回填以增加基础稳定性，可起到较为明显的效果。3.2 强 夯强夯法进行地基处理是将一定重量的重锤附加一定落距，将重锤自由落下，对土体施加一个巨大的冲击力和能量，挤密土体间空隙，使土体发生物理变化，以提高地基强度，并由此改善土的液化条件，消除湿陷性。该方法一般有效处理深度达到 3.07.0 m，但对土体的天然含水率有一定要求，土体天然含水量低于塑限含水量 1.0%3.0%时，需进行补水增湿，土体天然含水量大于塑限含水量3.0%时，宜对土进行晾干处理。施工中，首先确定地基有效加固深度及处理后地基土的强度、湿陷性和承载力，再确定合适的夯击能、夯锤尺寸和落距等施工参数，最后通过现场试验来确定夯点间距、夯击次数、夯击遍数、最后两击夯沉量和间隔时间等设计参数。根据强夯试验和经济比对，湿陷性土层厚2.03.0，3.04.0，4.05.0，5.0 m 以上时，宜分别采用3 000，4 000，5 000，7 000 kNm夯击能。强夯法所用设备较为简单，原理直观，在大范围的土基处理施工中适用范围广泛，对于湿陷性黄土处理具有投资较低、加固速度快、施工简便、效果好等优点，但施工中对周边环境的影响较为明显，3 000 kNm夯击能就对80.0 m范围内的土木房屋、果林等产生较为明显的震感。尤其临近重要建筑物（如高速公路、铁路、厂房等周边）施工时，需提前测算强夯影响范围和影响程度，采取一定措施增加安全距离或防护措施，确保不影响建筑物使用安全。3.3 挤密法挤密法是采用挤土成孔或非挤土成孔方式在地基土中成孔，通过分层填料，夯实或夯扩成孔，挤密过程发生在成孔、成桩过程中。挤密法使桩间土性得到改良，增加土体密实度及承载力。该施工方法处理湿陷性基础深度一般为5.015.0 m，适用于松散状砂土、粘性土、粉土等地基，当土的含水量低于12.0%，需要通过增湿对土层进行处理3。此方法在施工过程中对周边环境影响较小，对土基的处理深度较深，在应对特殊结构物地基具有湿陷性需要处理时有较好的效果。但其在施工质量控制方面较为繁琐，质量检测较为复杂，且施工工期长、投资较大，不适用于大范围的建筑物土基处理。3.4 预浸水处理预浸水处理法是利用黄土地基浸水后自重湿陷的特征，在基础处理过程中对地基进行大面积地充分浸水，使土体在自重的作用下湿陷，从而达到消除地表下黄土的自重湿陷性。在进行预浸水处理时，需先通过现场的浸水试验以确定耗水量、浸水时间及湿陷处理效果。一般情况下，预浸水处理湿陷性黄土法对地表黄土层6.0 m以下的地基有较好的效果，可大幅度减小土基湿陷性，但表土层部位因自重压力偏低导致湿陷性处理不甚理想，浸水后表土层须换填处理。此外，预浸水处理需重点考虑施工的安全距离，浸水坑边缘至已建建筑物或居民区的距离不宜小于 50.0 m，并应做好浸水施工对周边场地边坡稳定性的测算和防范。采用预浸水法处理湿陷性黄土地基，土体的湿陷性有很大变化和改善，在应对较大范围的深度湿陷性地基处理时效果显著，施工功法简便、投资少。但预浸水处理在施工前应着重考虑施工区的安全距离，在临近居民区、重要工矿设施、高速公路等设施时，预浸水处理将受到很大限制，应加强防范附近地表可能产生开裂、下沉对建筑物产生的影响。预浸水处理法的耗水量大，需要充足的水源供给，表层土要二次处理方可彻底消除湿陷性。在该渠道工程中，因临近居民区和高速，且水源较少，因此未采用此工法。结合上文分析可知，当工程地基存在大范围湿陷性黄土需处理时，采用强夯、预浸水法在有效地节约建设资金投入的同时，对消除地基湿陷性起到较好的效果；当建筑物工程较为重要，对地基湿陷性的处理效果要求较高，亦或在施工中受限（下转第30页）东北水利水电工程施工2023年第3期 18收稿日期 2022-11-18不同事件类型条件下，各流域夏季降水多寡的概率近似各占一半，对预测指示意义很小。表4 ENSO不同事件类型各流域夏季降水正距平年占比4结 语本文利用辽宁省508个雨量站的夏季降水资料，分析了辽宁省各流域夏季降水的年代际演变特征，并研究了 ENSO 不同阶段及不同类型条件下与各流域夏季降水的对应关系，得出：厄尔尼诺和拉尼娜无论是发展还是衰减阶段，无论是东部型还是西部型，其对辽宁省各流域夏季降水多寡的指示意义不大。辽宁省各流域夏季降水的多寡与 ENSO 之间的关系较难建立，在中长期降水预测工作中，ENSO 发挥的作用不大。由于辽宁省乃至东北的夏季降水成因十分复杂，同时受到中、高纬甚至低纬度大气环流的共同影响，因此，在预测方法方面也较为困难，还需要进行更多探索。参 考 文 献1Bjerknes J.Atmospheric teleconnections from the equatorialPacific J.Monthly Weather Review，1969，97（3）：163-172.2Alexander M A，Blade I，Newman M，et al.The atmosphericbride：The influence of ENSO teleconnections on air-seainteraction over the global oceans J.Journal of Climate，2002，15（16）：2205-2231.3刘永强，丁一汇.ENSO事件对我国季节降水和温度的影响 J.大气科学，1995，19（2）：200-208.4赵振国.厄尔尼诺现象对北半球大气环流和中国降水的影响 J.大气科学，1996，20（4）：422-428.5金祖辉，陶诗言.ENSO循环与中国东部地区夏季和冬季降水关系的研究 J.大气科学，1999，23（6）：663-372.表3 1956年以来ENSO事件不同事件类型年份统计ENSO事件厄尔尼诺拉尼娜事件类型东部型中部型东部型中部型年份1958，1964，1966，1973，1977，1980，1983，1988，1992，1998，2007，20161970，1978，1995，2003，2005，2010，2019，20201965，1972，1985，1989，1996，2000，2008，2011，2018，20211974，1976，2001，2012相位厄尔尼诺拉尼娜类型东部型正距平中部型正距平东部型正距平中部型正距平辽河6/125/83/101/4浑河6/125/82/102/4太子河5/124/84/102/4大、小凌河6/124/85/104/4鸭绿江6/122/84/102/4辽东沿海5/124/84/102/4辽西沿海6/123/84/103/4平均5.4/123.9/83.7/102.3/4收稿日期 2022-09-14（上接第18页）于周边环境影响，可采用土基翻填或置换、挤密法来消除地基湿陷性，以确保工程安全可靠。4 结 语新疆某干渠工程规模大、外部环境复杂，尤其是北山坡渠段渠基为粉土，大多具有湿陷性，如若处理不到位，对输水明渠尤其是工程中的建设物会造成极大的安全隐患，因此，对地基湿陷性展开处理具有重要意义。上文中列举的土基翻填或置换、强夯等在该工程的湿陷性黄土地基处理中多有运用，且起到了较好的效果。除挤密法、预浸水处理外，湿陷性黄土地基的处理方法还有防渗墙、排水法等。在实际的工程运用中，要本着安全可靠、施工便捷、投资合理，并结合施工环境影响、基础处理的必要深度等多重因素，选择适用的基础处理方案。参 考 文 献1中华人民共和国建设部.湿陷性黄土地区建筑规范：GB 50025-2004 S.北京：中国建筑工业出版社，2004.2胡海涛.湿陷性黄土基础施工技术研究与应用 J.水利技术监督，2013（5）：68-70.3刘林涛.新疆某干渠1#输水矩形槽基础湿陷粉土特性及处理方案比选 J.内蒙古水利，2015（2）：111-112.东北水利水电水文水资源2023年第3期 30