南水北调中线工程安阳段渠道湿陷性黄土基础处理方法浅谈

宋 冰

（河南金鼎工程咨询有限公司 河南 郑州 450002）

黄土主要分布在我国陕西、甘肃、山西、河南大部分地区，它是一种颗粒组成以粉粒为主的黄色或褐黄色粉状土。具有天然含水量的黄土，如未受水浸湿，一般强度较高、压缩性较小。有的黄土在覆盖土层的自重应力和附加应力的作用下受水浸湿，使土的结构迅速破坏而发生显著的附加下沉，其强度也随着迅速降低，从而形成湿陷性黄土。

湿陷性黄土在南水北调中线工程安阳段渠道设计轴线上广泛存在，如何制定合理有效经济的施工方案，是保证渠道工程施工质量、安全运行、控制工程投资的关键因素。

湿陷性黄土各种基础处理方法如下：

1）垫层法是先将基础下的湿陷性黄土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分层夯实做成垫层，以便消除地基的部分或全部湿陷量，并可减小地基的压缩变形，提高地基承载力。垫层的设计主要包括垫层的厚度、宽度、夯实后的压实系数和承载力设计值的确定等方面。垫层设计的原则是既要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，又要符合经济合理的要求。

2）预浸水法是在修建建筑物前预先对湿陷性黄土场地大面积浸水，使土体在饱和自重应力作用下，发生湿陷产生压密，以消除全部黄土层的自重湿陷性和深部土层的外荷湿陷性。预浸水法一般适用于湿陷性黄土厚度大、湿陷性强烈的自重湿陷性黄土场地。由于浸水时场地周围地表下沉开裂，并容易造成空洞跑水穿洞影响建筑物的安全，所以空旷的新建地区较为适用。

3）强夯法加固地基机理一般认为，是将一定重量的重锤以一定落距给予地基以冲击和振动，从而达到增大压实度，改善土的振动液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等目的。强夯加固过程是瞬时对地基土体施加一个巨大的冲击能量，使土体发生一系列的物理变化，如土体结构的破坏或排水固结、压密以及触变恢复过程。其作用结果是使一定范围内的地基强度提高、孔隙挤密。

4）挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基，施工时，先按设计方案在基础平面位置布置桩孔并成孔，然后将备好的素土（粉质粘土或粉土）或灰土在最优含水量下分层填入桩孔内，并分层夯（捣）实至设计标高止。通过成孔或桩体夯实过程中的横向挤压作用，使桩间土得以挤密，从而形成复合地基。

根据南水北调中线工程安阳段实际情况及施工进度要求，在解决渠道湿陷性黄土基础处理方法上主要采用强夯法。下面简要介绍一下强夯施工流程及其影响因素。

1 影响夯实因素

1.1 含水量对夯击效果的影响

含水量是土的基本物理性质指标之一,含水量的变化会直接影响土的强度。湿陷性黄土地基中的天然含水量比较小,相对加固饱和土地基而言,强夯过程中一般不会出现孔隙水扩散,这更加有利于强夯法的施工。

1.2 孔隙比对夯击效果的影响

强夯加固过程是使黄土在夯击力作用下由松散状态变为密实状态的过程。孔隙比是描述结构性变化的一个重要参数,湿陷性黄土地基中的天然含水量比较小,在巨大的夯击能作用下土颗粒和孔隙空间性增加,孔隙比减小。经强夯处理后,土质达到密实状态,孔隙体积可减少约60%。这时土质中含水量没有发生变化,但是饱和度却不断增加。

1.3 夯锤形状对夯击效果的影响

针对不同的土质及不同地层结构,应采用不同的锤形。大多数夯锤都是平底,其锤底静压力在25-40kPa之间。

2 强夯法施工工艺

2.1 施工准备

强夯施工前,应查明场地内范围的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等,并采取必要的措施,以免对原有构筑物造成破坏。在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区,进行试夯或试验性施工。初步确定强夯参数,提出强夯试验方案,进行现场试夯。在试夯过程中加强监测,及时调整,编写施工组织设计,报总监审批同意方可施工。

2.2 夯点布置

夯点布置是否合理对于夯实效果也有直接影响。夯点一般布置成正三角形或正方形,这样布置比较规整,也便于强夯施工。由于基础的应力扩散作用,强夯处理范围应大于基础范围,其具体放大范围,可根据构筑物类型和重要性等因素考虑确定。夯点间距可根据所要求加固的地基土性质和要求处理深度而定。夯点间距一般取1.5-2.5倍的夯锤直径。每4000mm2工作面为一个施工单位。夯击遍数应根据地基土的性质确定,地基土渗透系数低,含水量高,需分3-4遍夯击,反之可分两遍夯击,最后再以低能量“错夯”一遍,其目的是将松动的表层土夯实。强夯一般分三遍施工。第一、二遍为间隔跳夯方式施工,锤中心间距为1.5d-2.5d,此处选锤中心问题(即夯位中心距)为 3m,以3m×3m方格网定位,每3m×3m方格网为一夯位,每个夯位连夯,夯点的夯击次数可以结合公式:N=(EL2)/(MH)(夯点为方格布置,间距L)计算取值。也可按现场夯击得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定。夯击结束后检查夯沉量,最后两击平均夯沉量不得超过5cm,否则加击。对于饱和细粒土,击数可根据孔隙水压力的增长和消散来决定,当被加固的土层将发生液化时的击数即为该遍击数,以后各遍击数也可按此确定。第三遍采用低能量满面拍夯,将场地表层松土夯实,夯位中心距1.5m。

2.3 间歇时间

所谓间歇时间，指相邻夯击两遍之间的间歇时间。间歇时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间，对于渗透性较差的粘性土地基的间歇时间，应不少于3周；对于渗透性好的地基土，第二遍夯位施夯时间,与其相邻的第一遍夯后应施夯时间间隔不得少于4天，每个夯区的第三遍拍夯必须在该夯区第二遍施夯完毕四天后进行。

2.4 强夯法的施工管理

夯位严格按照设计图纸要求编制夯点编号，制定严格的安全管理措施,进行机械操作的主要人员必须挂牌上岗；用水准仪测量垫层铺设前、后的对应测点标高,初步确定垫层厚度，每20米一个断面，每个断面5个规定测点,再按每断面挖1处探坑,进一步确定垫层厚度；施工人员要认真做好强夯施工记录，同时作好两侧的施工排水、防水措施。在施工现场均应设置专职施工质检人员和施工安全人员，负责指导、检查和监督施工现场的质量、安全操作和施工安全措施。对于产生的噪音与振动波对周围的建筑物和居民将造成一定的影响，一般采用挖隔震沟进行阻隔消除其噪声。

3 强夯法施工的优点和效果

强夯法施工相比较其他施工方法具有自己的优点,施工工艺简单，仅用一台起重机和重锤即可施工等。夯后一般地基强度可提高2-5倍，压缩性可降低2-10倍，加固影响深度可达6-10m，工效高、施工速度快，每台设备每月可处理地基面积5000-10000m2。

4 结束语

南水北调中线安阳段总干渠中由于湿陷性黄土基础处理渠线长，沿线湿陷性黄土的组成、物理力学性质也有所差异，因此充分做好地质勘察报告，分析清楚黄土的成因类型、时代、物质组成以及湿陷变形特性是确定湿陷性黄土基础处理方案的关键。

［1］JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S].

［2］裴章勤,刘卫东.湿陷性黄土地基处理[M].中国建筑工业出版社,1992.

［3］叶书林.地基处理[M].中国建筑工业出版社,2004.