湿陷性黄土地区渠道地基简易的处理

冉建西

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐830000)

1 工程概况

本工程位于境外某国，为中国对外援助项目，主要由枢纽建筑物由浆砌石挡水坝、引水建筑物(引水进水口、引水明渠、前池、压力钢管)和发电厂房组成。兴修任务是立足于充分利用现有的大坝、厂房等设施，改建引水系统，在原厂房内重新安装总容量约6.6 MW的水轮发电机组，恢复该水电站的发电功能。引水明渠沿河左岸布置，线路基本是在原渠道基础上进行修复，修复后的渠道总长约3 943 m。引水明渠按渠道所坐落地基不同，分为3 种断面型式，即土质地基段、土石混合地基段、石质地基段，长度分别为2 408 m、605 m、930 m。土质地基段渠道覆盖层厚度较大，主要为灰黑色黏土层和灰黄色黏土层，具有一定的湿陷性。渠道断面底宽3.5 m，两侧边坡坡比均为1∶1.75，渠道防渗结构主要采用干砌块石护面，干砌块石设计厚度20 cm，干砌石下部采用厚度为40 cm的水泥土换填(碾压密实后的厚度)，水泥土底部采用2 cm厚M2.5 水泥砂浆找平。

2 湿陷性黄土的工程特性

湿陷性黄土分布非常广泛，在各类基础建设中，湿陷性黄土地基，由于其特殊的工程特性，对建筑物会产生较大危害。湿陷性黄土除了具备黄土的特性外，其粒度成分大多为粉土颗粒，通常占50%以上。而且孔隙也比较大，结构较为松散，肉眼可见竖向针状的圆孔;湿陷性黄土的天然剖面上垂直节理发育，含有大量碳酸钙盐类成分。导致湿陷性黄土发生湿陷的内部原因，是其松散多孔的结构和遇水降低的土颗粒间黏聚力，而负载、水是湿陷性黄土发生湿陷的外部原因。总体来讲，湿陷性黄土具有以下工程特性:

1)结构欠压密状态:在天然的沉降过程中，黄土中有可溶盐结晶和薄膜水的吸附作用，这就造成在干燥的条件下，黄土在沉积过程中，结构会处于欠压密状态。而当有水浸入时，黄土便可呈现出湿陷性，是导致湿陷性黄土地区建筑结构物受到危害的直接原因。

2)存在湿陷超始压力:在土层受水浸湿后，土层中的可溶盐胶结性会随之消失，加上水膜的作用，黄土的黏聚力会大幅降低，但仍然存在部分初始结构力，在外部荷载超过这一结构强度时，湿陷性才能会呈现出来。

3)湿陷变形速率较大:湿陷性黄土在受水时，变形速率较大，但供水一旦停止后，便会快速稳定。湿陷变形便转化为压缩变形。

4)受水后强度降低:湿陷性黄土在荷载状态下，当荷载超过湿陷初始压力后，土体除了垂直压缩变形外，还会产生大量的侧向挤压力。

3 水泥土换填法

水泥土换填法是以当地的特细沙或沙壤土为主要材料，对渠道基底的湿陷性黄土进行换填。在其中加入少量的水泥，通常水泥量为土量的10% ～15%，还可加入少量的外加剂，与适量的水进行均匀拌和，然后铺筑或压实。在水泥与土拌合后，水泥中的矿物质会与土中的水分发生水解及水分反应，从而生成氢氧化钙、含水硅酸钙以及含水铁酸钙等化合物。这些化合物会在外部环境作用下，逐步硬化，从而大幅提升渠道地基的强度。保证渠道结构的稳定性。这种地基处理方法相对简易，施工方便、成本低，具有一定的应用优势。

4 水泥土换填法的工程应用

4.1 施工准备

1)施工交通准备:施工前修好施工便道，方便施工车辆及机械进出。在施工区内还要设置好上下渠的施工道路，同时做好排水措施。

2)水电准备:对施工期间的生产及生活用水做好安排，在无水源地，可使用地下水。为保证施工的顺利进行，还应该做好供电工作，保证施工用电的可靠性和安全性，现场配备一台以上的发电机组。

3)机具准备:准备好施工用的所有机械、设备及工具，做好机械设备的调试工作，避免影响施工的正常进行。平时做好机具设备的保养及管护工作。

4)试验检测:施工之前对碾压水泥土的配合比、无侧限抗压强度、击实密度等指标进行室内试验，从而获得准确的施工技术参数。

5)地下水控制:施工之前，需要对地下水位进行复核，以保证水位在施工面以上，可采用管井法进行降水，在倒虹吸管身右侧，设置一排降水井点，控制好间距。

6)测量放线:根据施工设计图纸，采用全站仪进行测量放线，在回填基础面上，放出轴线，同时设置好结构边线及高程点与基准点。

4.2 原材料的选择

湿陷性黄土地区渠道地基处理所采用的水泥、土，必须符合设计要求。施工前需要对水泥的标准稠度、凝结时间、抗折性、抗压性进行检测，另外，还要保证水泥的塑性指标、有机质含量、水溶盐含量符合设计要求;做好水泥土的配比试验，水泥土的掺入量必须得到有效控制。

4.3 换填施工

采用人工开挖的方式，将淤泥层挖除，将基底的淤泥按设计要求的厚度清除干净，清除基底的树根及其它杂物，并根据要求在基坑四周进行放坡。同时做好基底的排水工作［1］。当开挖到设计高程后，进行严格的测量，避免出现超挖或欠挖。控制好高程，避免其超出允许范围;对水泥土进行拌和，按设计要求在土中掺入水泥。可采用挖掘机进行拌制，同时控制好含水率;水泥土可在现场拌和，如果发现土中含有大颗粒土，应该及时采用人工进行破碎;利用挖掘机将水泥土推放入施工场内，采用人工回填、摊铺;对水泥土进行夯实时，可根据压实实验来确定，虚铺厚度、压实厚度，本工程中要求压实厚度为40 cm;严格控制每层水泥土的厚度，以保证其压实度。

4.4 施工质量控制要点

1)控制好含水率:采用水泥土换填法处理湿陷性黄土地基时，必须控制好土的含水率。填料含水可略大于最优含水量。避免局部出现弹簧土的问题。

2)分段回填:水泥土应该采用分段回填依次施工的方法。应根据要求顺序施工，并保持均衡的上升频率。对于施工层段间的回填土接缝处，应该削成一定斜坡或台阶状，并且保证坡度＜1∶3。施工缝处应该加强夯实力度，以保证其压实度。

3)低温施工控制:当施工时环境温度较低时，应该采取有效的保护措施，对水泥土进行覆盖保温，避免对水泥土的性能产生影响;对于已经填筑完成的水泥土层，应该进行洒水覆盖保温养护。

4)控制好压实度:每层水泥土填筑完成后，都应该进行压实度试验，以保证其压实度＞96%。可对水泥土的干密度进行检测，以计算出土的压实度。回填土的填筑范围应大于加固范围一定尺寸。如果边角位置存在无法机械夯实的地方，应该采用人工进行夯实。在回填土填筑结束后，其顶面应该略高于设计高程。然后采用人工对其进行整平，直到达到设计高程。

5)水泥土质量控制:拌和后的水泥土应该在3 h内铺筑完，以避免其性能发生改变。对于压实后的水泥土层，不能再次扰动或过压，避免对结构造成破坏。

［1］刘成刚，唐新平，水泥土换填在沙颍河治理工程候沟涵中的应用［J］. 科技推广与应用，2012(11):29－30.