西安市斗门水库湿陷性黄土坝基处理技术研究

宋康康，陈雅斌，王思瑞，李宗蔚，赵涵章

（中电建路桥集团西北基础设施建设有限公司，陕西 西安 710000）

1 工程概况

本工程位于西安市西郊的沣河旁，原为昆明池所在地，现为改善城市的整体生态情况以更好地为城市供水，此处拟修建斗门水库，同时也起到防洪防汛的作用。

斗门水库分洪工程起点位于西汉高速下游约280m处沣河河道，分洪工程由拦河气盾坝、分洪渠、分洪闸及沣河两岸堤防加高培厚处理四部分组成。气盾坝由25扇气盾坝经3个中墩分割成4跨，坝段总长153.6m。

分洪工程由沣河拦河闸、分洪闸、分洪渠及拦河闸左右岸堤防加高培厚四部分组成，其中拦河坝及分洪闸底板基础采用振冲碎石桩处理方式，桩径为0.8m，桩心距为2m，梅花形布置，桩长分别为10m和15m。

2 工程地质条件

2.1 区域地质

秦岭北麓近山前冲积平原为本工程施工现场所处的地貌单元，地层岩性包括第四系上更新统风积黄土、全新统冲洪积和堆积的松散堆积物。工程所在区域构造的稳定性差，工程区的地震动峰值加速度为0.20g，地振动反应谱特征周期0.40s，地震基本烈度为Ⅷ度。

2.2 地形地貌

工程湖库区所在位置地形相对较平缓，大体上东南高，西北低，一级阶地分布于湖库区东北方向，阶地高程介于397.00～404.00m，湖区石匣口西南有部分为二级阶地，阶面高程403.00～410.00m。

引水线路跨秦岭山前洪积扇、渭河二级阶地、一级阶地、沣河漫滩等多个地貌单元，山前洪积扇主要分布于秦岭山脚，向北延伸10km左右，整体地形南高北低地面高程490.00～413.00m；二级阶地主要分布于马王镇以南、小丰村以北，阶面高程397.00～408.00m；一级阶地主要分布于牛东村以北至小丰村以南、沣河两岸及马王镇以北，阶面高程407.00～410.00m；在沣河分布有零星漫滩。

2.3 地层岩性

根据勘察资料可得，库坝区地层从上到下主要为：

①-1：人工堆积土层（Q），杂色，由建筑垃圾、生活垃圾及粘性土等构成，厚度0.5～1.5m，分布于库区各居民点，在南部石匣口、浦阳等村庄附近，最大厚度可达2～4m。

⑤-1：壤土（Q），褐黄色，土质不均匀，粉粒结构，潮湿，可塑，分布于一级阶地上部，勘探范围内厚度8～11m，最大厚度可达17m左右。

⑤-2：中砂（Q），灰黄～灰色，级配不良，含零星的中粗砾。稍湿，稍密，透镜体或薄层夹层分布。

⑤-3：粉土（Q），黄色，可塑～硬塑，薄层夹层状零星见于新堡子村附近，埋深5.2m～9.4m，厚度1.3～1.6m。

⑥：淤泥质土（Ql），灰褐色，湿，可塑，具水平层理，结构紧密，有腥臭味，粉粒为主。分布于湖库区西北部，东至袁旗寨-常家滩一带，南至杨家庄-谷雨庄一带，埋深0～3.7m，厚度1.7～2.6m，局部为透镜体分布。

⑦黄土（Q），褐黄色，土质均匀，具有虫孔及大孔隙等，状态为可塑，分布于二级阶地上部，层厚9.8～13.6m。

⑧粉质粘土（Q），棕黄色～灰黄色，含氧化铁条纹及铁锰质斑点，可塑，该层未穿透，最大揭露层厚为8.6m，广泛分布于水库区域渭河的二级阶地、一级阶地下部。

⑧中砂（Q），灰黄色～浅黄色，长石～石英质，级配良好，含零星中粗砾，饱和，中密～密实状态。分布于二级阶地下部，主要位于堰下张村附近，KZK18，KZK11，KZK27与库区连通，未穿透，最大揭露厚度为6.6m，库区其他部位局部呈透镜体分布，透镜体层厚0.4～1.2m。

2.4 地层构造及物理地质现象

根据区域地质构造分析，在湖的区域范围内没有断裂从此通过；经与西安市地裂缝图进行对比，同时西安岩土专业相关公司对湖区地裂缝所进行勘察后发现，湖的区域范围内没有地裂缝从此通过，因此断裂构造和地裂缝对该场地的稳定性影响可以不在考虑的范围内。

2.5 水文地质条件

勘察期所有钻孔均可见地下水位，地下水深度在7.2～14.5m，属于孔隙潜水，含水层主要包括粘性土层以及砂层。地下水年变化幅度3.0m左右，勘察期属高水位期。地下水补给河水。

根据已有资料分析及本次取样水质分析成果，环境水对混凝土没有腐蚀性，环境水对钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀性也基本没有。

3 振冲碎石桩施工

在施工现场进行振冲碎石桩施工时常使用挤密法，在地基中用振动冲击等施工方法用于成孔，其后再把碎石填塞在孔洞中，挤压密实形成一定直径的桩体。

3.1 施工原理

振冲法加固地基时的重点在于用碎石桩提高地基的承载力，使原地基变为复合地基，达到控制地表沉降和减少不均匀沉降的目的。此种施工方法可靠性高，施工时使用的机械设备便捷，操作难度小，同时可大大降低工程成本。碎石桩的透水性良好，对地基固结有促进的作用，可使地基承载力提高1倍以上。

3.2 施工工艺

成孔时使用振动成孔机将孔位周围的土体挤压密实，而后将直径约0.5～1m的碎石倾倒在孔中，用振动锤进行振捣后再次向孔中倒入碎石，重复数次后直至完成碎石桩的施工。

3.2.1 清理平整施工场地

首先进行试验桩施工。使用推土机对场地进行平整，施工时由现场的施工人员和监理人员对平整的土层厚度进行监测，使其满足设计高程的规定。此外还要回填施工项目所在区域内的坑洞，满足接下来的施工要求。

（3）动态吸附评价实验表明，制备的活性炭基脱氯剂具备良好的微量氯深度净化性能，能将初始物质的量分数为0.02%的氯脱除至其物质的量分数低于0.00002%。氮气体系中，脱氯剂的穿透时间为61.3 min；丙烯体系中，其穿透时间为70.0 min。

3.2.2 测量、定位放线

场地平整结束后进行现场的定位和放线，现场的施工人员根据相关设计图纸对各个轴线和各个桩的所在位置以及间距进行确定，桩位呈梅花形布置，并再次测量现场场地的高程；在确定好各个桩的位置后再次复核桩位。在现场监理人员确认验收后便能进行下一步施工操作。

3.2.3 桩机就位

平稳移动桩机，到达指定位置后使振冲器的锥尖对准桩孔的中心点。

3.2.4 造孔

造孔时启动振冲器，等机器正常运转后，吊车缓缓下放振冲器进入土中，贯入速度随土质而异，最快速度一般控制在2m/min。当贯入到少于设计深度0.5m时造孔结束。

3.2.5 清孔

清孔的目的是使振冲孔顺畅，泥浆变稀有利于填料加密。施工过程中，当造孔结束后有下列情况时应进行清孔：孔口处孔径小、孔内存在孔径窄小地段、孔中返出泥浆浓度大。

3.2.6 填料

造孔或清孔结束后，将合格石料填入孔内，在制桩过程中振冲器留在孔内，采用3m³装载机连续向孔内填入石料，直至满孔。填料应满足以下要求：

①匀速振动下沉至地表下设计深度处，留振15～20s（或振冲器电流明显增加立即上拔）；

②匀速振动上拔至孔口处，留振60s（视表层液化塌陷情况）；

③再次振动下沉至地表以下设计深度处，留振15～20s（或振冲器电流明显增加立即上拔）；

④匀速振动上拔0.5m，留振15～20s（或振冲器电流明显增加立即上拔）以此循环，每段振动上拔0.5m，留振15～20s（或振冲器电流明显增加立即上拔）

⑤到达孔口时，再停留振动30s，此时该桩的施工完成。

单桩砂石灌入量按照V=1.2×π×R2×H进行计算，其中砂石桩半径R=800mm，桩长H=10或15m，计算得出灌入量为6.0288或9.043m，采用4～15cm的碎石作为填入的砂石。

3.2.7 移至下个孔位

移动到达下个孔位时再次重复上述的步骤，直到完成全部碎石桩。

3.3 振冲施工质量控制

振冲碎石桩施工中对桩体质量的控制主要是对水、电、材料等的控制。

3.3.1 水的控制

进行水量控制时要保证施工时孔内充满水，目的是减少塌孔的风险。在成孔的过程中要根据工程的情况和地质的变化对水压进行调整，在较软的土层中一般水压较小，硬土层采用大水压。

3.3.2 电的控制

电的控制包括电流密度和留振时间。在进行桩体的施工时电流值密实程度必须达到规范规定的值，对于留振时间而言，不得小于10s才能保证桩体的质量，应进行试桩来确定控制施工时各个参数的大小。

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。填料是振冲碎石桩施工过程中十分重要的一步，填料的速度对桩的密实程度和施工成本有很大的影响。进行填料时应对以下几点加以关注。①造孔完成后应停留几秒再进行填料，刚进行填料时不能过多，为的是减少孔口堵塞以及堵塞后返水的情况影响砂石中的泥土排出。②根据不同的地质情况填料要满足一定的级配要求。③为保证填料的质量要控制好速度。④填料时要分层记录置换量的大小，对不同地层的置换量变化进行总结分析，从而更好地了解碎石桩的施工情况。

4 结论及建议

针对陕西省斗门水库湿陷性黄土地区特殊水文地质条件，采用振冲碎石桩进行地基处理能有效地消除原有场地的湿陷性，提高地基的承载力。处理地基时使用振冲碎石桩的效果理想，实用的同时节约了施工成本，同时，提出的振冲施工质量控制措施对同类型工程有一定的参考价值。