斗门水库湿陷性黄土地基处理技术及质量控制

姚新顺，陈雅斌，何飞，马江红，于智民

（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 湿陷性黄土的概述

1.1 湿陷性黄土的分布

目前世界上的黄土共占地1300万km²，然而地球表面总面积约5.1亿km²，其中大约有1.49亿km²陆地，因此黄土面积占地球陆地总面积的10%左右，其中我国拥有的黄土面积为5%。根据工程地质特点以及湿陷性的强弱程度，可以将中国的湿陷性黄土分为7个地区：陇西地区、陇东—陕北—晋西地区、关中地区、山西—冀北地区、河南地区、冀鲁地区、边缘地区。当今的社会城市建筑行业发展迅速，直接导致对土地需求日益增加。近年来，我国中西部黄土地区的建筑物数量不断增加，因此研究湿陷性黄土地区地基处理技术是工程关键。

1.2 湿陷发生的原因

造成黄土发生湿陷有两方面因素，其中黄土特有的孔隙结构和黄土的物质组成统称为内在因素，黄土在遇水情况下浸湿则是外在因素。

黄土含水量降低时，导致土粒距离不断减小，颗粒间的分子引力以及结合水和毛细水的结合力逐步增大。以上因素都增强了土粒间的抗滑移性能，因此土体不会在自重条件下挤压密实，最终构成了主体骨架为粗颗粒的多孔隙结构。

由于黄土中胶结介质的凝聚结晶作用、负孔隙水压力作用、共用结合水的联结作用、毛细作用等，导致黄土地基具有较高的强度和抗压变形能力。当黄土浸泡在水中或施加一定的外部压力下受水浸湿会导致结合水膜变厚，并且逐渐浸入土颗粒之间。最终，结合水之间的联系变小，水将黄土中的盐类溶解，最终胶结物逐渐软化，黄土的骨架强度降低。当黄土受上层土的自重压力或在自重压力与附加压力共同影响时，结构迅速破坏；进一步，孔隙发生大的塌陷，最终导致了黄土地基的附加沉降变形。这就是黄土湿陷发生的内在过程。

湿陷性黄土有非自重湿陷性黄土，自重湿陷性黄土。其中，非自重湿陷性黄土是指只有在大于上覆土自重压力下受水浸湿后才会发生湿陷的黄土；湿陷性黄土是指在上覆土自重压力下受水浸湿发生湿陷的黄土。

在湿陷性黄土地区施工，要特别注意防止地基渗水，必要时必须进行人工土质改良或采取其他预防和控制措施。

2 湿陷性黄土地基的处理措施

2.1 工程概况

斗门水库工程如图1，位于陕西省西安市，建设场地在西郊沣河右岸。工程所在地距离西安市中心大致为20km，斗门水库工程为引汉济渭输配水工程的调蓄水库，其中，斗门水库主要作用是为西安、咸阳等城市供水、提高城市环境；同时也可以用来防洪。

图1 斗门水库

斗门水库总存储量5052万m³，库区总占地面积达10.4km²，总周长为14.9km。斗门水库工程分为南池系统和北池系统。其中南池围坝、引汉济渭工程的引水管线、供水管道、南池退水涵等部分共同组成南池系统；北池围坝、沣河拦河枢纽、分洪渠、沣河退水渠、太平河退水渠及太平河补水管线等建筑物共同组成北池系统。

在分洪渠4262.58m范围内，地基处理设计采用强夯法处理，横向处理范围为整个开挖横断面（包括湿地），且超出每侧渠道外坡脚线以外各3m，强夯地基处理最终要消除地基4m以下深度范围内黄土的湿陷性。设计要求强夯处理后的地基承载力检测不得小于180kPa，并且测得的湿陷性系数均应小于0.015。

在强夯施工前制定试验方案，选取合理的机械配备，制定高效可行的质量控制方案，通过试验获得适合该工程合理的强夯施工参数，以指导强夯施工。

2.2 区域地质

斗门水库工程场区地处秦岭北麓冲积平原处，出露的地层岩性主要为第四系（Q）上更新统风积黄土及第四系全新统冲洪积、冲积堆积的松散堆积物。工程区在地质构造单元上位于汾渭断陷（Ⅰ）西部渭河断凹（Ⅰ’）的南部边缘，南邻北秦岭加里东褶皱（Ⅱ）。区域断裂发育，受其影响工程区属构造较不稳定地区。斗门水库工程区的地震动峰值加速度为0.20g，地震动反应谱特征周期0.40s，地震基本烈度为Ⅷ度。

2.3 处理措施

本次试验选用参数为：夯点布设为梅花形布置，间排距按8.4m布置（3.5倍夯锤直径），满夯时锤印搭接1/4。具体方案设计布置分为以下三种。

方案一：主副夯采用间隔点跳打法分2遍进行，强夯夯击能量采用2550kN·m；满夯1遍，夯击能量采用1275kN·m，夯印进行1/4搭接。

方案二：主副夯采用间隔点跳打法分2遍进行，强夯夯击能量采用2160kN·m，主、副夯各一遍；满夯1遍，夯击能量1080kN·m，夯印进行1/4搭接。

方案三：主副夯采用间隔点跳打法分2遍进行，强夯夯击能量采用1700kN·m；满夯2遍，夯击能量采用675kN·m，夯印进行1/4搭接。

2.4 强夯施工工艺

试验区强夯施工流程如图2。

图2 强夯施工流程

2.5 强夯法施工技术要点

2.5.1 施工过程中的质量控制

为了保证强夯施工过程的顺利，确保竣工质量，在施工之前有必要进行监督和审查。第一，买进设备时，必须仔细检查，保证设备的质量，及时更换老旧设备，保证强夯施工按计划进行；第二，施工之前应该按要求检查夯锤下落距离，夯锤重量是否满足要求，确保施工现场排水设备完善；第三，还要分别对强夯的夯击遍数、夯点布置进行仔细地检查和复核；最后，施工完成后应对加固效果进行检查，然后根据现场数据，建立有针对性的强夯法地基加固检验标准。

2.5.2 技术人员的监督

工作人员必须熟知强夯目标，做到心中有数。技术人员应随时评估和监测工程的现场环境和强夯施工参数，并严格记录整个施工过程，并在竣工后检查和记录施工结果。这不仅将保证工程的顺利实施，保证和提高了强夯效果，而且有助于强夯法施工技术完善。

2.5.3 现场的保护工作

必须布置设备对现场进行防御保护，在强夯点周围，防护设备要按要求设置。强夯时必须检查并保护排水系统，确保施工场区的排水路径畅通。

2.5.4 完善责任体系，保护环境

建筑施工现场是比较危险的，这就是为什么我们必须始终把职工安全放在第一位。首先，必须健全制度，把责任和权利划分到每个人员和部门，这样施工中出现任何差错，都可以根据权责分配制度进行精准调查。此外，在采用强夯法加固地基过程一定要注意环境的保护，避免出现对环境的过度破坏。做到文明施工，保护生态环境，实现建筑发展绿色化。

3 强夯法质量控制措施

①施工前必须安装好施工机械和施工设备，进行调试。严格检测夯锤的重量以及夯锤锤底面积，并初步对场地进行整平。对原始地基土样进行采集，最后通过实验进行物理力学参数分析。

②现场施工人员在测量放线时，一定要严格遵守甲方给出的坐标点进行，测量好的网格点也应得到适当的保护，技术人员应每天检查网格点，如果发现任何问题，应及时纠正。

③在正式进行强夯前，需要先放夯点轴线，技术人员应严格检查控制点，如果检查没有任何问题，再进行放线定位夯点，为了确保夯点中心位置的精确性，用10厘米铁钉定位中心位置，用白灰做标记，最后以铁钉为圆心，夯锤底面半径为半径画上白色圆圈。

④在现场施工过程中，要保证夯锤重量，夯锤落距以及每个夯点的夯击次数和夯击遍数，并且必须设置专职人员对施工过程进行记录，严格监督检查并记录施工参数。

⑤施工人员必须在强夯施工前检查夯点位置，如果夯点发生偏移或者夯点位置不清楚，应该采用钢尺重新定位后再施工。完成的夯点应当天标注在施工图中，施工记录完整，字迹清楚，签署齐全，并于当日提交工程技术负责人验收[5]。

4 结论

针对湿陷性黄土地基，一般工程采用强夯法不仅能有效提高地基承载力，而且造价低，施工方便，是较适合湿陷性黄土的地基处理方法。

除此以外，结合西安市斗门水库工程，提出的强夯法施工技术要点以及质量控制措施，对同类型工程有一定的参考价值。同时，质量控制方面仍存在一些不足，还需不断改进和完善。