南水北調(diào)中線某段濕陷性黃土處理技術(shù)

王思恒

（1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院,吉林長(zhǎng)春130026；2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,吉林長(zhǎng)春130021）

1 概述

南水北調(diào)中線一期工程干線全長(zhǎng)1432 km，總干渠漳古段永年縣段工程位于太行山東麓與黃北平原接壤地帶，渠段以平原和丘陵地貌為主，由于氵名河渡槽單獨(dú)成標(biāo)，因此永年縣段被分為氵名河南（樁號(hào) 61+168～76+607） 和氵名河北（樁號(hào) 77+537～79+360）2段，總長(zhǎng)17.262 km，由于地層地質(zhì)條件復(fù)雜，其中黃土濕陷性問題成為比較突出的工程地質(zhì)問題之一。濕陷性黃土地基處理是南水北調(diào)中線一期總干渠工程的關(guān)鍵技術(shù)問題之一，文中針對(duì)漳古段永年縣段工程中的濕陷性黃土土問題，為消除濕陷性黃土帶來的地表下沉、渠堤裂縫和邊坡塌陷危害，保證渠道安全運(yùn)行，采用強(qiáng)夯技術(shù)和擠密樁技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。

2 濕陷性黃土的處理方法

濕陷性黃土變形除有一般土類相同的壓縮變形外，還有由于地基浸水后引起的變形速率大、變形不均勻的局部和突然發(fā)生的附加變形，即濕陷性變形，對(duì)建筑物的破壞性極大。

一般濕陷性黃土地基處理方式有灰土與素土墊層法、強(qiáng)夯法、預(yù)浸水法、灰土樁擠密法、深層攪拌樁法、振沖碎石樁法等[1][2]。強(qiáng)夯法施工簡(jiǎn)單、效率高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，因此在處理濕陷性黃土中被廣泛應(yīng)用。

強(qiáng)夯法一般是通過8～30t的重錘采用8～20 m的落距，對(duì)地基土施加強(qiáng)大的夯擊能，在地基中形成沖擊波和動(dòng)應(yīng)力，使地基土壓密和振密，達(dá)到強(qiáng)度提高、壓縮性降低、黃土濕陷性消除的目的[3]。擠密樁法是消除或減少厚度較大黃土濕陷性一種漸變而有效的方法，它是按預(yù)定平面位置采用沉管、沖擊或爆破等方法成孔，然后在孔中填以素土（粘性土）或灰土，分層搗實(shí)形成土樁，土樁和擠密后的樁間土組成復(fù)合地基，共同承載基礎(chǔ)所傳遞過來的荷載[2]。

3 漳古段濕陷性黃土的處理

結(jié)合施工情況，南水北調(diào)中線一期漳古段永年縣段的濕陷性黃土地基，在樁號(hào)66+757～67+257（包括西召莊排水建筑物）、67+966～69+757（包括洺河一支排洪建筑物）、74+245～74+500、74+095～75+905范圍內(nèi)采用強(qiáng)夯法，在樁號(hào)74+500～75+711范圍內(nèi)采用擠密樁法處理。

3.1 處理依據(jù)

根據(jù)《招、投標(biāo)文件》設(shè)計(jì)文件及施工圖紙、（JGJ79-2002）《建筑地基處理規(guī)范》、（GB50025-2004）《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》確定強(qiáng)夯、擠密樁技術(shù)要求和參數(shù)。

為了避免對(duì)鄰近建筑物產(chǎn)生有害的影響，要采取挖減震溝措施。并要查明場(chǎng)地范圍地下構(gòu)造物和各種地下管線的位置及標(biāo)高等，采取必要措施，防止造成破壞。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)區(qū)的選擇

強(qiáng)夯、擠密樁施工前，在地基處理范圍內(nèi)選擇不小于400 m2的場(chǎng)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以確定具體的設(shè)計(jì)參數(shù)。

根據(jù)招標(biāo)文件及設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)前期勘察資料，綜合分析各地基處理部位的地質(zhì)情況。強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)選擇在渠道樁號(hào)69+366～69+466渠底兩側(cè)、68+786～68+876渠底左側(cè)、69+667～69+757 渠底左側(cè)、西召莊排水建筑物、氵名河一支排洪建筑物基底部位、75+095～75+670 渠底、75+670～75+905左堤；擠密樁試驗(yàn)區(qū)選擇在樁號(hào)74+660～74+700渠底兩側(cè)。

3.2.2 強(qiáng)夯試驗(yàn)試夯夯錘參數(shù)選擇

試夯夯錘參數(shù)見表1。

表1 試夯夯錘參數(shù)的選擇

3.2.3 強(qiáng)夯試驗(yàn)施工及技術(shù)要求

設(shè)計(jì)要求強(qiáng)夯點(diǎn)按正方形布置，間距5 m單擊，其中渠道強(qiáng)夯（擊數(shù)7～10擊）二遍，滿夯一遍，強(qiáng)夯點(diǎn)偏差小于5 cm，強(qiáng)夯最后兩擊夯沉量不大于50 mm（5000 kNm最后兩擊夯沉量不大于100 mm）；建筑物強(qiáng)夯三遍，滿夯二遍，最后兩擊夯擊量不大于100 mm，為了強(qiáng)夯試驗(yàn)對(duì)比，在實(shí)際施工中，對(duì)夯點(diǎn)間距做了4.6 m×4.6 m、4.7 m×4.7 m、5 m×5 m的調(diào)整。具體施工過程如下：

1）推土機(jī)平整場(chǎng)地；測(cè)土層含水量，確定每遍夯擊間隔時(shí)間。

2）測(cè)量放樣，測(cè)量場(chǎng)地高程，標(biāo)出第一遍夯點(diǎn)位置。

3）選用夯錘，起重機(jī)就位，夯錘置于夯點(diǎn)位置上，強(qiáng)夯點(diǎn)位置偏差小于5 cm，夯錘保持垂直，傾斜度小于30°。

4）測(cè)量夯前錘頂高程。

5）將夯錘起吊到預(yù)定高度，開啟脫鉤裝置，待夯錘高程，如果因坑底傾斜而造成夯錘傾斜時(shí)，及時(shí)將坑底整平。

6）重復(fù)（5），按初定的夯擊次數(shù)及控制最后兩擊標(biāo)準(zhǔn)完成1個(gè)夯點(diǎn)的夯擊。

7）換夯點(diǎn)，重復(fù)（3）～（6），完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊。

8）用推土機(jī)將夯坑填平，并測(cè)量場(chǎng)地高程。

9）按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù)，然后用低能量滿夯，將場(chǎng)地表層粘土夯實(shí)，并測(cè)量場(chǎng)地高程。

10）各試驗(yàn)場(chǎng)地強(qiáng)夯試驗(yàn)結(jié)束后7～10 d，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)不同的試驗(yàn)部位進(jìn)行試驗(yàn)（探坑取樣、標(biāo)貫或靜荷載）等，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定強(qiáng)夯下步生產(chǎn)性施工。

3.3 渠道擠密樁施工

根據(jù)南水北調(diào)中線工程河北省邯邢段設(shè)計(jì)通知（設(shè)字[2012-2 組-SG3-02]），樁號(hào) 74+500～75+095段屬于Ⅰ（輕微）級(jí)-Ⅱ（中等）級(jí)濕陷性場(chǎng)地，需進(jìn)行處理，處理范圍一般至堤身外坡腳外側(cè)5 m。試驗(yàn)區(qū)選擇及結(jié)果，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院《南水北調(diào)中線漳古段SG3標(biāo)段工程地質(zhì)復(fù)勘報(bào)告》并結(jié)合圖紙，將試驗(yàn)區(qū)選擇在渠道樁號(hào)74+660～74+700內(nèi)坡左右堤，樁距分別為1.0 m×1.0 m，1.3 m×1.3 m。2012年4月12日開始進(jìn)行試驗(yàn)施工，2012年4月16日完成施工，4月23日委托中國(guó)兵器工業(yè)北方勘察設(shè)計(jì)院對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行取樣檢測(cè)，其結(jié)果樁距1.0 m×1.0 m合格，1.3 m×1.3 m不合格。根據(jù)試驗(yàn)報(bào)告結(jié)果，經(jīng)監(jiān)理、設(shè)計(jì)、業(yè)主審核批準(zhǔn)，采用樁間距1.0 m×1.0 m、樁徑40 cm進(jìn)行擠密樁施工，對(duì)于不合格位置采用樁間加樁機(jī)密方式消除黃土濕陷性。

3.3.1 施工準(zhǔn)備

1）搭建施工平臺(tái)。

2）場(chǎng)地平整，清除表層土，進(jìn)行表層粘土碾壓，修筑機(jī)械設(shè)備進(jìn)出道路。

3）查明擠密樁場(chǎng)地范圍內(nèi)地下構(gòu)造物和管線的位置及標(biāo)高，采取保護(hù)措施，防止擠密樁施工造成破壞。

3.3.2 擠密樁施工

1）按設(shè)計(jì)要求，樁直徑0.4 m，平面呈三角形布置，樁間距為1.0 m（兩樁中心點(diǎn)距離）。

2）測(cè)量放線，對(duì)樁中心點(diǎn)用鋼釬打孔，灌注白灰的方法固定樁點(diǎn)位。

3）樁機(jī)就位。按照已放樣的樁點(diǎn)位穩(wěn)固機(jī)械，采用履帶式柴油打樁機(jī)沉管成孔。

4）樁孔成孔，各成孔先后順序按施工現(xiàn)貨孔號(hào)順序布置進(jìn)行。

5）成樁。人工分層回填土料，采用偏心輪夾桿夯實(shí)機(jī)夯實(shí)，落距不小于0.4 m，錘底直徑24 cm，錘120 kg。成孔后，先對(duì)孔底進(jìn)行夯實(shí)，然后人工隨夯機(jī)隨填隨夯。

6）質(zhì)量檢測(cè)。在擠密樁結(jié)束7 d后進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量為總孔數(shù)的2%。

4 地基處理時(shí)的質(zhì)量控制

4.1 強(qiáng)夯施工監(jiān)理質(zhì)量控制

強(qiáng)夯過程中，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)行監(jiān)理員旁站，測(cè)量監(jiān)理工程師對(duì)施工單位測(cè)量線、高程、控制點(diǎn)進(jìn)場(chǎng)審核檢查，材料（試驗(yàn)）監(jiān)理工程師對(duì)各試驗(yàn)布置、內(nèi)容、方法、結(jié)果進(jìn)行檢查，項(xiàng)目監(jiān)理工程師全面了解施工的全過程，掌握施工的全部信息，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)協(xié)調(diào)解決。監(jiān)理質(zhì)量控制的內(nèi)容如下：

強(qiáng)夯點(diǎn)位偏差、夯錘落距、夯擊次數(shù)，每個(gè)夯點(diǎn)的最后兩擊沉降量，夯錘傾斜度，夯錘周圍土層隆起情況，測(cè)量復(fù)檢，試驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容、方法、結(jié)果校核檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正和處理。

4.2 擠密樁施工監(jiān)理質(zhì)量控制

1）測(cè)量放線、樁點(diǎn)、高程等復(fù)核抽檢。

2）檢查施工孔先后順序、孔間距、孔徑、成孔管標(biāo)識(shí)成孔深度線等，是否符合要求。

3）檢查成孔管是否垂直，發(fā)現(xiàn)傾斜及時(shí)糾正。

4）由于樁（孔）密集，要加強(qiáng)對(duì)樁（孔）的管理及控制，尤其是對(duì)回填土的質(zhì)量、數(shù)量、夯擊頻率檢查，防止漏孔漏填。

5）對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目，包括探坑位置、數(shù)量、取樣方法、試驗(yàn)項(xiàng)目等進(jìn)行全面檢查。

5 結(jié)語(yǔ)

基于濕陷性黃土對(duì)于工程穩(wěn)定性極壞的影響，已經(jīng)成為南水北調(diào)中線工程中一個(gè)需要進(jìn)一步研究和解決的急迫問題。文中針對(duì)中線一期漳古段永年縣段的濕陷性黃土問題，采用強(qiáng)夯法和擠密樁法對(duì)其進(jìn)行地基處理和并進(jìn)行質(zhì)量控制，且取得了良好的效果。得出質(zhì)量控制結(jié)論如下：

1）渠道強(qiáng)夯地基處理深度內(nèi)，經(jīng)試驗(yàn)成果表明，黃土濕陷性系數(shù)均小于0.015。

2）西召莊排水涵洞建筑物基礎(chǔ)，經(jīng)取樣：靜荷載和標(biāo)貫試驗(yàn)檢測(cè)，黃土濕陷系數(shù)小于0.015，地基承載力不小于200 kPa，符合設(shè)計(jì)要求。

3）洺河一支排洪涵洞建筑物基礎(chǔ)，經(jīng)取樣靜荷載和標(biāo)貫試驗(yàn)檢測(cè)，地基承載力不小于300 kPa，壓縮模量大于18 MPa，黃土濕陷系數(shù)小于0.015，符合設(shè)計(jì)要求。

4）擠密樁共取432坑（孔），地基處理深度范圍內(nèi)黃土濕陷系數(shù)均小于0.015的界限值，樁間土平均機(jī)密系數(shù)不小于0.93，樁體土平均壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，均符合設(shè)計(jì)要求。

［1］薛新建.淺談濕陷性黃土地基的處理［J］.中國(guó)西部科技，2012，9（35），42-43.

［2］武玉萍.濕陷性黃土地區(qū)的地基處理［J］.科技信息，2009（9）：709，599.

［3］趙峰，杜申偉，張春燕.強(qiáng)夯技術(shù)在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用研究［J］.人民長(zhǎng)江，2007，38（4）：88-89，99.