强夯法在某城乡供水工程新建水厂地基处理中的应用

黄芝兰

（江西赣禹工程建设有限公司，江西 南昌 330038）

1 工程概况

某供水工程是以城乡生活、工业供水为主，兼顾农业灌溉和生态环境改善的民生工程，年供水量5.15 亿m3，工程总干渠渠首设计流量为20 m3/s，总干渠线路长度95.09 km，干渠和分干渠线路长度299.97 km，供水管线长度176.47 km［1]。水厂为供水工程配套工程，规模为8000 m3/d，平面布置包括净水车间、排泥水调节池、废水调节池、污泥浓缩间、污泥脱水间等水处理设施间，以及配水泵房、管理楼、锅炉房、围墙等配套建筑物，水厂地基以下分布III 级自重湿陷性黄土状粉土层，层厚3 m～12 m 不等，场地内基础持力层为湿陷性黄土，且结构较疏松，虫孔及大孔隙较为发育，不宜直接作为建筑物持力层，必须对水厂基础进行处理。本文根据项目区地质勘查资料和成果，深入分析该地基地层特征及存在主要工程地质问题，对水厂地基处理方法进行比选分析。

2 水厂工程地质条件及评价

2.1 基本地质条件

新建水厂位于调蓄水池北侧五方河左岸Ⅱ级阶地及阶地后缘的低中山前缘坡脚处，此处地形较为平坦，形态呈不规则长方形，东西长约600 m，南北宽约200 m，阶面高程1652 m～1646 m，从后缘向前缘倾斜，前后缘高差5 m～8 m，现为阶梯状耕地和果园林地。在厂区东侧有一近南北向窄浅冲沟，冲沟底宽2 m～5 m，顶宽15 m～30 m，相对高差10 m～15 m，沟内无水，暴雨时可形成洪流。厂区北侧为风积黄土覆盖在新近系棕红色砂质泥岩上的低中山坡脚，自然边坡12°～15°。厂区南侧前端为五方河河床水流所形成的Ⅱ级阶地前缘，呈直立状土质陡坎，坎高约12 m～20 m，边坡不稳定，可结合调蓄水池修建进行处理。水厂平面布置图见图1。

图1 水厂平面布置图

根据水厂现场钻探资料，厂区内地层结构较简单，地层按其成因及岩性特征从上至下可划分为4 层：第①层为粉质壤土；第②层为马兰黄土；第③层黄土状土；第④层新近系（N1）中厚层砖红色粉砂质泥岩，水厂典型工程地质横剖面图见图2。现分述如下：

第④层：新近系（N1），为厂区地层的基底，岩性为中厚层砖红色粉砂质泥岩，基岩面高程1627.45 m～1632.8 m。

图2 水厂典型工程地质横剖面图

2.2 主要工程地质问题及评价

因为场地为半挖半填，按照《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB 50025－2004），自重湿陷量自天然地面算起，湿陷量自地面下1.5 m 算起，根据原状土试验资料进行计算厂区北西侧低中山前缘坡脚处，总湿陷量Δs=217 mm，属非自重湿陷性场地，地基湿陷等级为I 级（轻微），场地南东侧靠近五方河II 级阶地前缘岸坎处自重湿陷量Δzs=537 mm，总湿陷量Δs=609 mm，属自重湿陷性场地，地基湿陷等级为III 级（严重）。根据规范规定，乙类建筑物可消除部分湿陷量，但处理深度不小于湿陷性黄土层深度的2/3 或6 m，且未被处理的湿陷性黄土层剩余湿陷量不应大于150 mm。按此要求计算，厂区湿陷性黄土层一般厚度5.0 m～11.0 m，对乙类建筑处理深度达到5.0 m～7.0 m 即可满足规范。

2.3 岩土体物理力学性质

综上所述，场地地层结构主要有以下几种，现将其地层结构及试验岩土体物理力学性质分述如下；

2.4 地质参数建议

水厂地基岩性主要以第四系冲洪积粉质壤土为主，依据覆盖层物理力学性质常规试验成果，结合试验类比，给出工程区粉质壤土物理力学参数建议值见表1。

表1 水厂粉质壤土物理力学参数建议值表

3 地基处理措施

3.1 地基处理方案

目前地基处理措施有很多，比如预浸水法、强夯法、挤密桩法、垫层法和复合地基法等［2]，考虑到预浸水法用水量较大，场地从预浸水至消除湿陷性下沉稳定的时间较长，同时项目区干旱区水等因素，预浸水法不适宜本工程水厂地基处理；采用强夯法施工时，湿陷性黄土地基容易出现“橡皮土”和“翻浆”现象，需要加入碎石骨料，项目区没有，需到最近料场购买，增加工程投资；该水厂地基地层岩性简单，湿陷性黄土厚度5 m～7 m，采用挤密桩可以很好地进行地基加固处理，但不仅施工时间较长，投资增加也很多，不经济，不推荐使用；垫层法不能完全解决湿陷性黄土沉降问题，若采用石灰垫层还需要去县城购买；类比黄土地区及项目区已建工程地基处理工程经验，考虑充分利用项目区材料、不在耕地、减少开挖弃土的堆放以及减少对周边环境影响等综合因素，该水厂地基处理方法采用对垫层法加以改进的复合地基法较为优越，具体处理措施如下：

所有构（建）筑物基础下部土层均为①黄土状粉土层，该层具III 级自重湿陷性，故应进行地基处理。a.先用强夯法消除一定深度范围内土层的湿陷性，强夯指标：单击夯击能为4000 kN·m，夯击6 次，影响有效深度为6 m，夯击后检测土的湿陷性。b.夯击后清除表面松散土，进行整片垫层处理，上部为0.6 m 厚的10%水泥土，下部原土翻夯，压实系数均不小于0.97，强夯地基处理的范围为厂区围墙内的全部地基。

3.2 地基处理施工技术要求

根据工程地质条件，结合《水厂地基处理强夯试验要求》相关要求，水厂地基采用整片处理，其平面处理范围超出建筑物基础外缘的宽度不小于4.0 m，根据厂区建筑物布置，设计确定的处理范围为厂区围墙以内所有区域。水厂设计场区高程1649.0 m，强夯起夯标高采用1649.0 m，对于1649.0 m 高程以上的壤土，应全部清除。根据水厂地质勘探成果，水厂地基湿陷土层厚度达11.0 m，要求强夯处理影响深度为7.3 m，处理后要求高程1641.7 m 以上土层湿陷性全部消除，地基承载力特征值不小于150 kPa，夯实后的地基土压实度不应小于96%。

地基处理前先选择强夯试验区，水厂试验区宜选在厂区西北角及东南角各一处，试验区每处面积不宜小于400 m2，水厂强夯能级推荐采用6000 kN·m，夯击点布置采用等边三角形布置，见图3。夯点的夯击次数，应根据现场试夯次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时符合下列要求：

图3 强夯法夯点平面布置图

（1）最后两击的平均夯沉量不大于150 mm；

（2）夯坑周围地面不应发生过大的隆起，当发现隆起异常时应中止实验；

（3）不因夯坑过深而发生提锤困难。

夯击遍数根据地基土的性质及以往类似土质施工经验［3]，夯击遍数选择4 遍，夯击2 遍，最后以低能量（3000 kN·m）满夯2遍，两遍夯击之间应有一定的时间间隔，应按不小于15 d 控制。满夯时拍平锤印宜搭叠夯锤直径的1/3，每印痕连夯（2～3）击。

试验在满夯完成7 d 后进行试验取样，并进行压实度及湿陷性试验，取样及试验要求如下：

（1）夯击完成采用探坑取样，分别取出深度为7.3 m、6 m、5 m、4 m、3 m、2 m、1 m 土样蜡封，送实验室测出不同加固深度土的干密度压实度及湿陷系数，要求压实度不小于96%，湿陷系数δS均小于0.015。

（2）静载试验：要求夯实后的地基承载力特征值不小于150 kPa。

（3）测试结果不满足设计要求时，可调整夯锤质量、落距、夯击次数等参数，重新试夯。

4 结论及建议

新建水厂地基层为湿陷性黄土，需进行地基处理，地基处理方法较多，方法选择上必须根据工程区地质条件、地质资料和参数、建筑物特征对地基的要求，综合考虑工期、施工质量、施工对周围环境的影响等因素，选择技术可行经济合理的处理方法。本次水厂湿陷性黄土地基处理采纳了推荐的复合地基法，简单实用，效果显著，对调蓄水池的设计、施工具有重要的参考意义。