趙秀改

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司 山西太原 030024）

黃土在山西省分布很廣，因此在修建土石壩時，經(jīng)常會遇見黃土地基，濕陷性黃土面積約占黃土分布總面積的60%左右。黃土的典型特性是低含水量、高孔隙率、高碳酸鹽，在天然干燥狀態(tài)下，可承受一定的荷載，且變形量小，遇水后黃土迅速崩解，土體發(fā)生顯著的沉陷變形，這就是黃土的濕陷性。

黃土濕陷性根據(jù)濕陷系數(shù)判斷。濕陷性黃土分為四類：系數(shù)≤0.01，為Ⅰ級（輕微）濕陷性黃土；系數(shù)0.01 ～0.02，為Ⅱ級（中等）濕陷性黃土；系數(shù)0.02～0.07，為Ⅲ級（嚴重）濕陷性黃土；系數(shù)＞0.07，為Ⅳ級（很嚴重）濕陷性黃土。

1 工程概況

北掌水庫為中部引黃工程調(diào)蓄水庫，向?qū)χ窈恿饔蚬まr(nóng)業(yè)供水。北掌水庫工程壩址位于汾西縣對竹河的一級支溝（南掌溝）內(nèi)。水庫總庫容465.5 萬m3，為?。?）型Ⅳ等工程。樞紐工程主要建筑物有：大壩、導流泄洪洞等。大壩為碾壓均質(zhì)土壩，最大壩高42.2 m，壩頂寬8 m，壩長266.6 m，上游壩坡1∶3；下游壩坡由上到下依次為1∶2.5、1：2.75、1∶3。

2 地質(zhì)條件

由土工試驗及濕陷性計算可知，左壩肩低液限黏土存在濕陷性問題。濕陷性平面分布特征為左岸坡腳（探井3#）附近，為非自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅰ級；左壩肩臨坡低液限黏土（探井2#）處為自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅳ級；左壩肩岸坡住里低液限黏土（探井1#）為自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅲ級。低液限黏土濕陷土層埋深5～23 m，其下限高程多低于壩頂高程。

3 常用的消除或降低地基濕陷性的處理方法

消除或降低黃土地基的濕陷性，應(yīng)根據(jù)土層厚度、土體性質(zhì)、濕陷特性、設(shè)計要求結(jié)合施工條件，通過分析比較選定適宜的處理方法。常用的處理方法有墊層法、預先浸水法、重錘夯實法、強力夯實法及擠密樁法等，其中較為徹底的方法為墊層法。

3.1 墊層法

先將需要處理的濕陷性黃土層全部或部分挖除，待屬于濕陷性黃土層挖除后，再另運其它合格土料，經(jīng)過篩后，在最優(yōu)含水量狀態(tài)下分層填筑，并按設(shè)計要求碾壓密實到要求的干容重。

本工程左壩肩具有濕陷性，面積大，且厚度深，若采用墊層法，則開挖回填量均很大，不經(jīng)濟。

3.2 預先浸水法

在濕陷性黃土地層范圍內(nèi)開挖浸水坑，并向坑內(nèi)預先加水浸泡，通過浸水減少黃土的濕陷性。浸水坑的邊長不得小于濕陷性黃土層的厚度，當浸水坑的面積較大時，可分段進行浸水。為取得良好的效果，需要同時預壓，并在預壓過程中保持高的含水率。本方法適用于處理濕陷性黃土層厚度大于10 m。浸水前宜通過現(xiàn)場試坑浸水試驗確定浸水時間、耗水量和濕陷量等。

本工程采用預先浸水法，浸水周期長，浸水不均勻，難以達到預期效果，且耗水量大，不經(jīng)濟。文峪河水庫大壩曾在筑壩前預浸水一個月，但是結(jié)果未達到預想的效果，后期蓄水期間不斷發(fā)生新的沉陷。

3.3 重錘夯實法

重夯法僅對淺層土體進行加固。因為夯板夯擊的影響深度很難達到1.5 m 以上，所以使用重錘夯擊，只有在黃土厚度小于1～1.5 m，方有效。常用的夯錘質(zhì)量為2～3 t，錘底面直徑為1.2～1.4 m，落距4～6 m。夯擊時，地基土宜為最優(yōu)含水率，可采用接近于0.6 ωL（土的流限），作為最優(yōu)含水率。當表層黃土的天然含水率低于最優(yōu)含水率2%時，需進行加水處理。因此，在施工時，土應(yīng)嚴格控制地基黃土的含水率。

本工程濕陷土層厚度5～23 m，采用重錘夯實法，不適宜。

3.4 強力夯實法

將重錘從幾米至幾十米的高處自由落下，對土體進行夯擊，使土體中的空隙減少，土體被強制密實，從而減少其壓縮性，提高強度。強夯法是對深層土體進行加固，強夯法常采用的夯錘質(zhì)量10～20 t，錘底面直徑為2.3～2.8 m，落距10～20 m。采用強夯法處理濕陷性黃土地基，應(yīng)首先在施工現(xiàn)場進行試夯或試驗性施工。通常根據(jù)消除濕陷性黃土層的有效深度確定單位夯擊能，單位夯擊能大，消除濕陷性黃土層的深度也相應(yīng)大，但是設(shè)備的起吊能力增加太大則不易解決。因此在工程實踐中常用的單位夯擊能多為1 000～4 000 kN.m，處理有效深度一般為3～7 m。

強力夯實法施工振動影響較大且處理深度較小，而本工程濕陷土層厚度5～23 m，難以達到預期效果，故采用強力夯實法，不適宜。

3.5 素土擠密樁法

素土擠密樁是將地基中黃土擠壓成孔，使樁孔間的土體被擠壓密實，然后向孔內(nèi)夯填素土，成樁，樁體與擠密的樁間土體組成形成復合地基，其濕陷性得到全部或部分消除。適用于地下水位以上，處理深度小于5～15 m。本方法不僅施工設(shè)備和施工工藝簡單，而且可以降低工程造價。

與上述其他方法相比較，素土擠密樁法具有如下優(yōu)點：

1）素土擠密樁法屬于深層加密處理地基的一種方法，既能降低地基土壓縮性，又能提高地基承載力；

2）素土擠密樁法與清除翻夯法相比，不需要開挖回填，因而既減少了開挖和回填量，又縮短了工期；

3）素土擠密樁法與夯實法相比，不僅處理深度較深，基礎(chǔ)處理效果也較好。

經(jīng)過上述各種處理方式分析比較，素土擠密樁更適合本工程的施工條件，故選用素土擠密樁方案進行左岸濕限性基礎(chǔ)處理。

4 素土擠密樁的施工

擠密孔的孔位宜按正三角形布置，處理深度不大于12 m 時，擠密填料孔直徑取0.4 m；大于12 m 時，孔徑取0.5 m。樁距取1.2 m，樁排距1.04 m，樁體應(yīng)分層回填夯實，其壓實度不應(yīng)小于0.97，樁間土平均壓實系數(shù)不小于0.93。

4.1 施工工藝

施工放線——定孔位——機械就位——打樁成孔——拔管——檢查驗孔——樁機移位——素土回填——夯實——成樁——試驗檢測。

4.2 施工方法

進行素土擠密樁施工前，需先清理表層腐殖土，再根據(jù)地形開挖成臺階狀，為擠密樁施工提供平整的施工場地。

素土擠密樁施工，采用10 t 起重機吊4 t 錐柱錘沖擊成孔，成孔達到設(shè)計處理深度后，孔內(nèi)填素土，小型卷揚機吊0.5 t 重錘沖擊夯實，達到設(shè)計密實度。成孔和回填時，為防止孔之間相互擠壓，造成相鄰孔徑縮孔或振動坍塌，施工時采用隔排隔行，隔一打一的跳打方式，成孔后立回填夯實?？椎自谔盍锨氨仨毢粚?，孔內(nèi)填料采用素土，宜分層回填夯實，其壓實系數(shù)不宜小于0.97。回填土一般采用過篩的粉質(zhì)黏土，不得含有有機質(zhì)物質(zhì)，且宜保持土料的最優(yōu)含水率。

素土擠密樁施工前應(yīng)首先進行生產(chǎn)性試驗施工，通過現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)確定相關(guān)施工參數(shù)。

5 結(jié)語

濕陷性黃土地層的處理方法很多，但應(yīng)因地制宜，合理選擇。通過前文比較分析，得出素土擠密樁法的施工機械和工藝都比較簡單，處理深度較深，對降低或消除濕陷性效果明顯，在消除濕陷性的同時提高了地基土的承載力，且填入樁孔的材料可就地取材，因而造價低。故在濕陷性黃土地區(qū)可廣泛使用。