湿陷性黄土区调蓄水池地基处理探讨

李 涛，张多宏，丁建兴，张彦忠，王少英，曹 睿，许春娟，杨耀峰，贾生海

(1.甘肃水利机械化工程有限责任公司，甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070)

1 工程概况

黑燕调蓄水池工程是引洮供水二期工程中唯一建在山顶(通渭县马营镇黑燕山山顶)的高位水池，工程的建设对提高城乡供水保障程度、改善水质、解决区域水资源匮乏等问题具有积极作用。黑燕调蓄水池通渭县马营镇黑燕村东侧黄土梁峁区台地斜坡上，县道马云公路东侧约800m处。黑燕调蓄水池承担通渭县南部供水任务，供水区域包括平襄、第三铺、碧玉、襄南、常河、什川、马营、李店8个乡镇的部分城镇人口、工业企业、农村人畜用水，其水源为锦屏水库专用输水渠，供水区域内现状用水是以锦屏水库为水源的南部农村人饮工程解决的。调蓄水池设计库容为30万m3，水池防洪标准按20年一遇设计、100年一遇校核[1]。工程设计调蓄水池最大池深14m，最大填筑高度约14.7m，调蓄水池迎水面采用复合土工膜防渗(200g/m2-PE0.5mm-200g/m2、单位面积质量900g/m2)，设计边坡迎水面1∶2.75、背水面1∶2，设置排水棱体。

蓄水池池基衬砌防渗措施如下：池底夯实处理，铺设400mm厚的10%水泥土垫层，铺0.5mm厚的单位面积质量900g/m2的防渗复合土工膜，最后铺800mm厚的壤土垫层；池壁处理与池底基本相似，不同在于铺设土工膜之后进行M10水泥砂浆垫层处理，处理厚度为400mm，其上安装预制C20砼块，厚度为80mm。

2 黑燕调蓄水池工程地质条件

2.1 场地基本地质条件

表1 地基土(岩)物理力学参数表

2.2 主要工程地质问题

(1)地基土的湿陷变形是主要工程地质问题。拟建蓄水池长轴方向沿东西向布置，采取半挖半填方式，北侧以挖方为主，南侧挖填结合。自重湿陷量ΔZS为856～900mm，总湿陷量ΔS为830～835mm，地基湿陷很严重，等级为Ⅳ级，属于自重湿陷性场地。

(2)根据GB 50025—2004《湿陷性黄土地区建筑规范》的要求，乙类建筑物消除的湿陷量不应该小于湿陷性土层深度的66.7%或者6m，同时未处理的土层湿陷量也不能大于0.15m，由此计算可得，本工程要求满足的湿陷性黄土处理深度应在7～13m[4-5]，需处理的湿陷性黄土层厚度较大，很难实现消除全部的湿陷量。

(3)水池坝体持力层选择在马兰黄土及黄土状土层中，马兰黄土SO42-离子含量9.41～56.49mg/kg，Cl-离子含量50.08～56.15mg/kg，属于Ⅲ类场地环境，对混凝土结构具硫酸盐微腐蚀性。选择该场地做调蓄水池场地相对较稳定，但需经过处理后方可修建水池。

3 地基处理方案比较

3.1 方案一(强夯法)

强夯法是在重锤夯实法基础上发展起来的黄土地基处理中最有效的方式之一。该方法是给重锤一个高度，使它在重力作用下做自由落体运动，产生的夯击能和冲击波作用于地基表面，达到处理湿陷性黄土地基的目的[6-10]。强夯法在黄土地基处理中使用较多，是因为其具有设备简单、加固效果明显、施工工艺简便、工效高等优点，但该方法也有一定的缺陷，不能用于不允许对附近建筑物及设备产生影响的地基处理中，若必须进行地基加固时，应该采取防振、隔振措施[11]。

3.2 方案二(原土翻夯法)

原土翻夯法是指湿陷性黄土地基开挖后，将基底以下具有湿陷性的黄土全部挖出或者挖到需要的深度，然后以原土进行回填夯实[12-13]。通过原土翻夯，一方面可以消除黄土湿陷性，减轻了附加压力带给地基的湿陷，另一方面也可以提高基础的承载力。这种地基处理方法对处理自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土都适用[14]。

翻夯处理具体实施方案：当调蓄水池池底与池堤坐落在非湿陷性土层时，原基平面夯实；当池底与池堤与非湿陷性土层距离不超过3m时，原土翻夯；当池底与池堤与非湿陷性土层距离大于3m时，将全部湿陷性土层挖除后再分层碾压夯填，即先将全部挖出场地内的湿陷性黄土存放在附近，再重新回填，每回填30cm，机械碾压夯实1次。该方案相比强夯，大大减轻了震动强度。

3.3 方案比较

根据GB 50025—2004中地基处理的要求及方法，需要充分考虑调蓄水池的基本地基条件、调蓄水池建筑物设计、施工方法及相似黄土地基条件工程的处理经验，采用强夯法、原土翻夯法从经济角度进行比较选择[15-17]。各个方案基础处理比较见表2。

表2 基础处理方案比较表

3.3.1对工程规模的影响分析

本设计变更为黑燕调蓄水池、黑燕水厂办公楼、净水车间基础处理措施的设计变更，基础处理措施不会影响本工程规模，原工程规模不变。

3.3.2对工程安全的影响分析

3.3.3对生态环境的影响分析

黑燕调蓄水池基础处理部位施工仍为土方施工工程，土方弃渣、利用等平衡计算成果基本一致，对渣场设置基本无影响，施工征占地的数量基本一致。施工区也不会由夯实或者翻夯而产生生物量的损失，施工单位在采取科学措施后将不会产生新的水土流失。

3.3.4对工程投资和效益等方面的影响分析

经分析计算，黑燕调蓄强夯法基础处理投资概算1148.58万元；原土翻夯法基础处理投资概算为1411.91万元。原土翻夯法较强夯法方案投资增加263.33万元。强夯法方案在施工期因为距离周围建筑物近且附近居民阻挡无法施工，工程建设无法向前推进，这将会影响工程完工和效益的尽快发挥。翻夯基础处理将使工程正常施工并早日建成，对早日发挥工程效益起积极作用。

综合比较，2种方案均能达到设计要求，强夯法投资最低，但因离村庄近震动强烈及距离附近石油管道近无法施工，原土翻夯法投资虽增加，但有效保障了周边村民房屋的安全，因此黑燕调蓄水池基础处理方案二优于方案一。

4 结语

针对湿陷性黄土地基有多种处理方法，但我们选择时需要考虑建筑物对地基的要求、周围建筑物的安全性、生态环境和投资等因素，选择技术支持经济合理的方法。在工程施工前需要对原设计方案进行实验验证，如不合理应该进行及时变更。综合多种因素综合分析，推荐黑燕调蓄水池地基处理方案为原土翻夯法。