夹马口北扩工程湿陷性地基处理方法

陈建智

（运城市夹马口引黄管理局，山西 运城 044000）

夹马口北扩工程是山西省应急水源重点工程之一，主要解决临猗、万荣两县峨嵋岭台垣上2.67余万hm2的农业灌溉问题。工程分布于黄土台垣地区，该区为Ⅱ级、Ⅲ级自重湿陷性黄土。工程主要包括扬水泵站工程、PCCP及PCP输水管道工程、渡槽工程、大断面弧底U型干渠及U型支渠工程，均分布在湿陷性黄土区，大小建筑物800余座，因此常会遇到黄土湿陷性地基处理问题，而能否采用合适的处理方法消除黄土湿陷对工程安全产生的不利影响非常重要。

1 垫层法

在夹马口北扩工程中，机耕桥、公路桥、分水闸、节制闸、洪涵、倒虹吸等建筑物广泛采用了垫层法处理湿陷性黄土地基，处理宽度和厚度根据建筑物的特性及使用功能而定。垫层法是先将基础下的湿陷性黄土部分或全部挖除，然后用素土或灰土分层夯实做成垫层，以消除地基的部分或全部湿陷量，并减小地基的压缩变形，提高地基承载力，处理方法分为局部垫层和整片垫层。

垫层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。局部土垫层的处理宽度超出基础底边的宽度较小，地基处理后，地面水及管道漏水仍可能从垫层侧向渗入下部未处理的湿陷性土层而引起湿陷，因此，设置局部垫层不考虑其防水、隔水作用，地基受水浸湿可能性大及有防渗要求的建筑物不得采用局部土垫层处理地基。整片垫层的平面处理范围，每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度不应小于垫层的厚度，即不应小于2 m。夹马口北扩工程于2008年3月开工，2008年12月工程提前通水，经上水联合试运行至今，运行状况基本良好，各建筑物均能满足设计要求。

2 强夯法

根据工程的实际情况，对工程中PCCP管道的管坡基础工程采用强夯法来处理。强夯法加固地基是将一定重量的重锤以一定落距给地基以冲击和振动，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、压密及触变恢复等过程，其作用结果是使一定范围内的地基强度提高、孔隙挤密。通过反复巨大的冲击能及伴随产生的压缩波、剪切波和瑞利波等对地基的综合作用，使土体受到瞬间加荷，加荷的拉压交替使用使土颗粒间的原有接触形式迅速改变，产生位移，完成土体压缩—加密过程。

该管道工程地基处理主要是消除4 m范围内的湿陷性黄土和提高承载力，强夯后要求地基承载力达到120 kPa。施工采用10 t圆形夯锤，锤底面积4 m2。根据现场地质资料选用点夯夯击能为1 200 kN·m，满夯夯击能为800 kN·m。夯击次数一般通过现场试夯确定，以夯坑压缩量最大，夯坑周围隆起量最小为原则，同时满足最后两击的平均夯沉量不大于50 mm。

二遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间，渗透性较差和黏性土地基的间隔时间应不少于3周，土中超静孔隙水压力的消散速率与土的类别、夯点间距等因素有关。该项工程地层为粉土，间隔时间一般为7～14 d。夯点布置是否合理将影响强夯效果，应综合场地填土情况及含水量大小、工程要求等因素来选择布点方案。为方便施工，结合处理宽度，夯点采用正方形布置，间距4 m，点夯完成且平整场地后，采用轻锤或重锤低落距满夯一遍，锤印彼此搭接20~30 cm，使地基表层得以加固。经检验，强夯后的地基承载力及土的干密度、湿陷系数等指标均达到设计要求。PCCP管道自上水试运行至今，管道基础完好，未发现地基沉陷等问题，运行状况良好。

3 桩基础法

桩基础是将上部荷载传递给桩侧和桩底端以下的土（或岩）层。但设置在湿陷性黄土场地上的桩基础桩周土受水浸湿后，桩侧阻力大幅减小，甚至消失，当桩周土产生自重湿陷时，桩侧的正摩阻力迅速转化为负摩阻力。因此，在湿陷性黄土场地上不允许采用摩擦型桩。

夹马口北扩工程渡槽工程的地基处理采用钢筋混凝土灌注桩处理。该渡槽设计流量12.0 m3/s，总长1 830 m，单跨长15 m，共121跨，纵坡1/1 300。槽身为C30钢筋混凝土U型结构，半径1.8 m，深2.55 m，排架高度1.5～9.5 m不等。由于工程区位于秦岭东西向复杂构造带北缘，该场地地表20 m范围内的地基土层为第四系上更新统粉土，地层分布较稳定，地震动峰值加速度为0.15 g，地震基本烈度为Ⅶ度。场地为Ⅲ级（严重）自重湿陷性黄土，湿陷深度在地面以下17.5 m，因此渡槽工程的湿陷性地基处理尤为重要。

经过设计专家的论证和比较，对渡槽工程的湿陷性黄土地基采用了直径80 cm的钢筋混凝土灌注桩。根据地质资料，桩长设计为25.4 m，桩下部为直径140 cm的放大桩头。桩基施工主要采取在集中拌和站集中拌料、混凝土罐车运送、专人检测混凝土水灰比等措施。严格控制石子、砂子、水泥等原材料质量和钢筋制作安装质量及混凝土塌落度、配合比、混凝土的下料速度、振捣时间等，以保证钢筋混凝土灌注桩的施工质量。在桩基完成后，经过大应变、小应变试验，灌注桩的各项指标均达到设计要求。渡槽工程完工后，经过对槽身沉降量的跟踪观测，没有不均匀沉陷现象发生，因此用桩基础处理渡槽所处理的湿陷性黄土地基达到了设计要求，保证了建筑物的安全运行。

4 预浸水法

根据工程实际，夹马口北扩工程的干渠工程在跨沟大填方段及在进行渠道工程施工过程中对高填方渠道及二级干渠渠道弧底部分采用了预浸水法。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。实际施工中，浸水处理后的渠道场地上层土层仍呈中～高压缩性，以中压缩性为主，其承载力标准值为130～150 kPa。另外，预浸水后基础土层含水量过高，接近饱和状态，使后续工作无法正常进行，可能会影响工期。