南水北调中线某段湿陷性黄土处理技术

王思恒

（1.吉林大学建设工程学院,吉林长春130026；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林长春130021）

1 概述

南水北调中线一期工程干线全长1432 km，总干渠漳古段永年县段工程位于太行山东麓与黄北平原接壤地带，渠段以平原和丘陵地貌为主，由于氵名河渡槽单独成标，因此永年县段被分为氵名河南（桩号 61+168～76+607） 和氵名河北（桩号 77+537～79+360）2段，总长17.262 km，由于地层地质条件复杂，其中黄土湿陷性问题成为比较突出的工程地质问题之一。湿陷性黄土地基处理是南水北调中线一期总干渠工程的关键技术问题之一，文中针对漳古段永年县段工程中的湿陷性黄土土问题，为消除湿陷性黄土带来的地表下沉、渠堤裂缝和边坡塌陷危害，保证渠道安全运行，采用强夯技术和挤密桩技术对其进行处理。

2 湿陷性黄土的处理方法

湿陷性黄土变形除有一般土类相同的压缩变形外，还有由于地基浸水后引起的变形速率大、变形不均匀的局部和突然发生的附加变形，即湿陷性变形，对建筑物的破坏性极大。

一般湿陷性黄土地基处理方式有灰土与素土垫层法、强夯法、预浸水法、灰土桩挤密法、深层搅拌桩法、振冲碎石桩法等[1][2]。强夯法施工简单、效率高、造价低等优点，因此在处理湿陷性黄土中被广泛应用。

强夯法一般是通过8～30t的重锤采用8～20 m的落距，对地基土施加强大的夯击能，在地基中形成冲击波和动应力，使地基土压密和振密，达到强度提高、压缩性降低、黄土湿陷性消除的目的[3]。挤密桩法是消除或减少厚度较大黄土湿陷性一种渐变而有效的方法，它是按预定平面位置采用沉管、冲击或爆破等方法成孔，然后在孔中填以素土（粘性土）或灰土，分层捣实形成土桩，土桩和挤密后的桩间土组成复合地基，共同承载基础所传递过来的荷载[2]。

3 漳古段湿陷性黄土的处理

结合施工情况，南水北调中线一期漳古段永年县段的湿陷性黄土地基，在桩号66+757～67+257（包括西召庄排水建筑物）、67+966～69+757（包括洺河一支排洪建筑物）、74+245～74+500、74+095～75+905范围内采用强夯法，在桩号74+500～75+711范围内采用挤密桩法处理。

3.1 处理依据

根据《招、投标文件》设计文件及施工图纸、（JGJ79-2002）《建筑地基处理规范》、（GB50025-2004）《湿陷性黄土地区建筑规范》确定强夯、挤密桩技术要求和参数。

为了避免对邻近建筑物产生有害的影响，要采取挖减震沟措施。并要查明场地范围地下构造物和各种地下管线的位置及标高等，采取必要措施，防止造成破坏。

3.2 现场试验

3.2.1 试验区的选择

强夯、挤密桩施工前，在地基处理范围内选择不小于400 m2的场地进行现场试验，以确定具体的设计参数。

根据招标文件及设计要求，并根据前期勘察资料，综合分析各地基处理部位的地质情况。强夯试验区选择在渠道桩号69+366～69+466渠底两侧、68+786～68+876渠底左侧、69+667～69+757 渠底左侧、西召庄排水建筑物、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；挤密桩试验区选择在桩号74+660～74+700渠底两侧。

3.2.2 强夯试验试夯夯锤参数选择

试夯夯锤参数见表1。

表1 试夯夯锤参数的选择

3.2.3 强夯试验施工及技术要求

设计要求强夯点按正方形布置，间距5 m单击，其中渠道强夯（击数7～10击）二遍，满夯一遍，强夯点偏差小于5 cm，强夯最后两击夯沉量不大于50 mm（5000 kNm最后两击夯沉量不大于100 mm）；建筑物强夯三遍，满夯二遍，最后两击夯击量不大于100 mm，为了强夯试验对比，在实际施工中，对夯点间距做了4.6 m×4.6 m、4.7 m×4.7 m、5 m×5 m的调整。具体施工过程如下：

1）推土机平整场地；测土层含水量，确定每遍夯击间隔时间。

2）测量放样，测量场地高程，标出第一遍夯点位置。

3）选用夯锤，起重机就位，夯锤置于夯点位置上，强夯点位置偏差小于5 cm，夯锤保持垂直，倾斜度小于30°。

4）测量夯前锤顶高程。

5）将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤高程，如果因坑底倾斜而造成夯锤倾斜时，及时将坑底整平。

6）重复（5），按初定的夯击次数及控制最后两击标准完成1个夯点的夯击。

7）换夯点，重复（3）～（6），完成第一遍全部夯点的夯击。

8）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程。

9）按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，然后用低能量满夯，将场地表层粘土夯实，并测量场地高程。

10）各试验场地强夯试验结束后7～10 d，根据设计要求，对不同的试验部位进行试验（探坑取样、标贯或静荷载）等，依据试验结果，确定强夯下步生产性施工。

3.3 渠道挤密桩施工

根据南水北调中线工程河北省邯邢段设计通知（设字[2012-2 组-SG3-02]），桩号 74+500～75+095段属于Ⅰ（轻微）级-Ⅱ（中等）级湿陷性场地，需进行处理，处理范围一般至堤身外坡脚外侧5 m。试验区选择及结果，根据现场实际情况及河北省水利水电第二勘测设计研究院《南水北调中线漳古段SG3标段工程地质复勘报告》并结合图纸，将试验区选择在渠道桩号74+660～74+700内坡左右堤，桩距分别为1.0 m×1.0 m，1.3 m×1.3 m。2012年4月12日开始进行试验施工，2012年4月16日完成施工，4月23日委托中国兵器工业北方勘察设计院对试验区进行取样检测，其结果桩距1.0 m×1.0 m合格，1.3 m×1.3 m不合格。根据试验报告结果，经监理、设计、业主审核批准，采用桩间距1.0 m×1.0 m、桩径40 cm进行挤密桩施工，对于不合格位置采用桩间加桩机密方式消除黄土湿陷性。

3.3.1 施工准备

1）搭建施工平台。

2）场地平整，清除表层土，进行表层粘土碾压，修筑机械设备进出道路。

3）查明挤密桩场地范围内地下构造物和管线的位置及标高，采取保护措施，防止挤密桩施工造成破坏。

3.3.2 挤密桩施工

1）按设计要求，桩直径0.4 m，平面呈三角形布置，桩间距为1.0 m（两桩中心点距离）。

2）测量放线，对桩中心点用钢钎打孔，灌注白灰的方法固定桩点位。

3）桩机就位。按照已放样的桩点位稳固机械，采用履带式柴油打桩机沉管成孔。

4）桩孔成孔，各成孔先后顺序按施工现货孔号顺序布置进行。

5）成桩。人工分层回填土料，采用偏心轮夹杆夯实机夯实，落距不小于0.4 m，锤底直径24 cm，锤120 kg。成孔后，先对孔底进行夯实，然后人工随夯机随填随夯。

6）质量检测。在挤密桩结束7 d后进行检测，检测数量为总孔数的2%。

4 地基处理时的质量控制

4.1 强夯施工监理质量控制

强夯过程中，现场实行监理员旁站，测量监理工程师对施工单位测量线、高程、控制点进场审核检查，材料（试验）监理工程师对各试验布置、内容、方法、结果进行检查，项目监理工程师全面了解施工的全过程，掌握施工的全部信息，发现问题及时协调解决。监理质量控制的内容如下：

强夯点位偏差、夯锤落距、夯击次数，每个夯点的最后两击沉降量，夯锤倾斜度，夯锤周围土层隆起情况，测量复检，试验项目、内容、方法、结果校核检查，发现问题及时纠正和处理。

4.2 挤密桩施工监理质量控制

1）测量放线、桩点、高程等复核抽检。

2）检查施工孔先后顺序、孔间距、孔径、成孔管标识成孔深度线等，是否符合要求。

3）检查成孔管是否垂直，发现倾斜及时纠正。

4）由于桩（孔）密集，要加强对桩（孔）的管理及控制，尤其是对回填土的质量、数量、夯击频率检查，防止漏孔漏填。

5）对试验检测项目，包括探坑位置、数量、取样方法、试验项目等进行全面检查。

5 结语

基于湿陷性黄土对于工程稳定性极坏的影响，已经成为南水北调中线工程中一个需要进一步研究和解决的急迫问题。文中针对中线一期漳古段永年县段的湿陷性黄土问题，采用强夯法和挤密桩法对其进行地基处理和并进行质量控制，且取得了良好的效果。得出质量控制结论如下：

1）渠道强夯地基处理深度内，经试验成果表明，黄土湿陷性系数均小于0.015。

2）西召庄排水涵洞建筑物基础，经取样：静荷载和标贯试验检测，黄土湿陷系数小于0.015，地基承载力不小于200 kPa，符合设计要求。

3）洺河一支排洪涵洞建筑物基础，经取样静荷载和标贯试验检测，地基承载力不小于300 kPa，压缩模量大于18 MPa，黄土湿陷系数小于0.015，符合设计要求。

4）挤密桩共取432坑（孔），地基处理深度范围内黄土湿陷系数均小于0.015的界限值，桩间土平均机密系数不小于0.93，桩体土平均压实系数不小于0.97，均符合设计要求。

［1］薛新建.浅谈湿陷性黄土地基的处理［J］.中国西部科技，2012，9（35），42-43.

［2］武玉萍.湿陷性黄土地区的地基处理［J］.科技信息，2009（9）：709，599.

［3］赵峰，杜申伟，张春燕.强夯技术在湿陷性黄土地基处理中的应用研究［J］.人民长江，2007，38（4）：88-89，99.