南水北调中线邯邢段湿陷性黄土地基处理

王志军，王海燕，徐 磊

（1.河北省水利水电第二勘测设计研究院，石家庄050021；2.南水北调中线干线工程建设管理局河北直管项目建设管理部，石家庄050035）

本文以南水北调中线工程总干渠河北省邯邢段湿陷性黄土渠基处理为例，主要围绕强夯法地基处理设计及施工中的问题进行了探讨，系统分析了工程中采用的强夯法、换填法的主要特点和适用性，针对不同位置选择相应的地基处理方法，阐述了湿陷性黄土地基处理在南水北调中线工程邯邢段渠基处理中的重要性。

1 工程概况

南水北调中线工程总干渠河北省邯邢段起自河北省与河南省交界处的漳河北岸，沿京广铁路西侧的太行山东麓自南向北，经过河北省邯郸、邢台两市及所属8个县（市），至邢台与石家庄交界的梁村止，总长172.751km，其中渠道长162.108km，建筑物长10.643km。

本渠段渠道设计底宽13.0～26.5m，设计水深6.0m，设计流量220～235m3/s，加大流量240～265m3/s［1］。

2 湿陷性黄土的分布及特性

2.1 中线邯邢段湿陷性黄土的分布及特性

2.1.1 湿陷性黄土的分布

本渠段黄土类土主要分布在磁县、永年县、邢台市区、临城县等渠段，包括第四系全新统（Q4）冲洪积壤土和上更新统（Q3）冲洪积、坡洪积黄土状壤土。厚度大于3m的黄土类土沿总干渠累计长度71.025km，其中填方及半挖半填渠段长约22.555km。

根据初步设计阶段试验成果分析，工程范围内全新统下段冲洪积壤土局部有湿陷性；上更新统黄土状壤土一般土质疏松，孔隙较大且虫孔发育，多数有湿陷性。黄土的湿陷性主要是浸水后，地基承载力降低，并产生较大的湿陷变形，从而影响建筑物或上部堤防的安全［5］。

2.1.2 中线邯邢段湿陷性黄土的特性

本渠段湿陷性黄土均属次生黄土，孔隙、裂隙较发育，孔隙比平均值为0.855。根据试验成果分析，黄土的湿陷程度以中等湿陷居多，且大部分为非自重湿陷性。

初步设计阶段试验及研究结果表明，本段总干渠全新统（Q4）壤土和上更新统（Q3）黄土状壤土少部分为湿陷性黄土，且以中等湿陷为主。

按湿陷系数对黄土类土渠段进行划分：强烈湿陷1段，长1.028km，为半挖半填渠段；中等湿陷2段，长3.5km，分别为半挖半填和挖方渠段。

2.1.3 对邯邢段渠道工程的影响

湿陷性黄土对南水北调渠道工程的影响主要表现在沉降变形和渠坡失稳两方面。

（1）湿陷引起沉降变形。浸水后的湿陷性黄土在外部荷载作用下将产生沉降变形，当变形过大时则危及建筑物和渠道堤防安全。据《湿陷性黄土地区建筑规范》要求：只有对湿陷总量小于5cm的地基才可当做非湿陷地基。本渠段部分场地总湿陷量大于5cm，对于渠道堤防和建筑物是不利的，需进行处理。

（2）渠坡失稳。对半挖半填渠段，渠坡位于湿陷性黄土范围内，湿陷性黄土浸水后，土体力学指标降低，不利于渠坡的整体稳定。

3 湿陷性黄土的处理

3.1 处理原则

3.1.1 处理范围

（1）邯邢段挖方渠段，渠基底面的自重应力与附加应力之和小于渠基以下黄土的湿陷起始压力，因此，对挖方渠段的非自重湿陷性黄土地基，不进行处理。

（2）半挖半填和填方渠段，根据渠底基面的自重应力与附加应力之和与渠基以下黄土的湿陷起始压力的大小，分不同情况处理。当渠底基面的自重应力与附加应力之和小于湿陷起始压力时，可不处理。当渠底基面的自重应力与附加应力之和大于湿陷起始压力时，则按照湿陷系数和土层厚度计算湿陷量，湿陷量大于5cm时进行处理。根据设计要求，邯邢段湿陷性黄土处理深度一般在7m以内［1］。

3.1.2 处理目的及原则

湿陷性黄土地基处理的目的主要是通过消除黄土的湿陷性，提高地基的承载力。中线邯邢段湿陷性黄土地基处理的原则是在确保工程安全，减少工程投资。

3.2 处理方案

常用的湿陷性黄土地基处理方法有：换土或灰土垫层法（换填法）、土桩或灰土桩法、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸水法等。其中强夯法以施工简便、速度快、效果好、造价低等优点，在我国湿陷性黄土地区得到广泛应用和推广。

结合工程施工情况，邯邢段湿陷性黄土地基处理优先选用强夯法，湿陷性土层分布较薄或不宜进行强夯的部位，采用换填法。

3.2.1 强夯法

强夯法在国际上称为动力压实法，是将夯锤提升到高处使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，将地基土夯实，从而提高地基的承载力，降低其压缩性，改善地基性能。主要适用于湿陷土黄土、杂填土和素填土等地基加固处理。夯锤一般重8～40t，提升高度6～40m［6］。

强夯法的有效加固深度应根据当地经验或现场试夯确定。单位夯击能根据地基土类别、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，一般对于粗颗粒土取1000～3000kN·m，细颗粒土取1500～4000kN·m。

（1）单击夯击能选择。中线邯邢段湿陷性黄土地基处理，主要解决承载力不足、沉陷量偏大、地基湿陷性等地质问题。依据湿陷性黄土的湿陷等级、总湿陷量、荷载大小等，点夯单击夯击能一般为3000～4000kN·m，满夯单击夯击能为1000kN·m。

（2）强夯技术参数。一般采用梅花型布置方案，间距5m；设计采用点夯3遍，满夯1遍，每遍12击；夯击点布置、击数、遍数根据强夯试验成果最终确定。渠基处理主要以消除设计处理深度范围内黄土的湿陷性为主，一般通过探坑、钻芯取样试验进行检验［1］。

3.2.2 换填法

换填法又称换土法，是将基础以下一定范围内的软弱土层挖去，用稳定性好的土、石回填并压实或夯实。主要适用于浅层基础处理，包括淤泥、松散素填土、杂填土、膨胀土、湿陷性黄土等基础处理。一般处理深度在基面以下5m以内。

由于换填法投资较大，中线邯邢段湿陷性黄土处理，一般仅在湿陷性土层分布较薄或处理范围靠近村庄、已有建筑物等不宜进行强夯的部位采用。渠基湿陷性黄土换填，直接采用开挖土进行回填压实。

4 结语

湿陷性黄土在我国分布较广，地基处理方面积累的工程经验也比较丰富。在邯邢段湿陷性黄土渠基处理中，依据设计功能要求，通过技术经济比较，选择合适的处理方案。湿陷性黄土渠基处理在避免沉降变形，保证渠坡稳定，确保工程安全方面意义重大。

［1］河北省水利水电第二勘测设计研究院.南水北调中线一期工程总干渠河北省邯邢段初步设计总报告［R］.石家庄，2009.

［2］冯志焱.湿陷性黄土地基［M］.北京:科学出版社.2009.

［3］《工程地质手册》编委会.工程地质手册（第四版）［K］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［4］GB 50025—2004，湿陷性黄土地区建筑规范［S］.

［5］河北省水利水电第二勘测设计研究院.南水北调中线一期工程总干渠邯邢渠段初步设计阶段工程地质勘察报告［R］.石家庄，2009.

［6］龚晓南.地基处理手册（第三版）［K］.北京.中国建筑工业出版社，2008.

［7］《水利水电工程施工手册》编委会.水利水电工程施工手册第2卷：土石方工程［K］.北京.中国电力出版社，2002.

［8］JGJ 79—2002，建筑地基处理技术规范［S］.

［9］GB 50007—2002，建筑地基基础设计规范［S］.

［10］SL 274—2001，碾压式土石坝设计规范［S］.