大型水厂清水池湿陷性黄土地基处理

大型水厂清水池湿陷性黄土地基处理

刘育斌

西安长安大学工程设计研究院有限公司陕西西安710054

摘要：大厚度湿陷性场地上的重要水池类构筑物，消除黄土湿陷性是其地基处理的心。本文结合工程实例，对大厚度湿陷性黄土场地地基处理方案选型，及试桩方案、成果进行了介绍，通过施工检测、沉降监测验证，达到了预期目的。

关键词：湿陷性黄土；地基处理；挤密桩

1.场地工程地质条件

拟建清水池位于大型水厂内，清水池长70.0m，宽55.0m，占地面积约5.78亩，筏板基础，平均基底压力100Kpa，建筑高度5.6m，底板埋深7.0m。场地地形较平坦，地貌单元属黄土塬，地下水埋深较大，勘探深度25.0m范围内未见地下水。场地地层自上而下依次由耕土；第四系上更新统风积新黄土、残积古土壤；中更新统互层状间隔分布的风积老黄土及残积古土壤构成。地基土主要物理力学性质指标及承载力特征值建议值见表1～2。

表1地基土主要物理力学性质指标平均值统计

表2地基土承载力特征值建议

据岩土工程勘察报告，拟建区属自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级为Ⅱ级（中等），基底以下湿陷土层剩余厚度10.0～12.1m。

2.地基处理方案

场地各层地基土承载力特征值建议值（见表2）均大于平均基底压力，清水池地基处理主要目的是消除黄土湿陷性和调整地基均匀性。依据《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)附录E划分，大型水厂属甲类建筑，拟建清水池为大型水厂内重要的水处理设施，按甲类建筑考虑，应消除基底全部湿陷性。

2.1灰土垫层换填

垫层换填一般处理厚度1～3m最经济适用，场地区基底以下湿陷土层剩余厚度10.0～12.1m，全部处理湿陷性其开挖、换填厚度大，费用高，工期历时长，且大厚度换填质量控制困难，因此，灰土垫层换填方案可行性差。

2.2灰土挤密桩

需进行地基处理的②层新黄土、③层古土壤及④层老黄土含水率平均值介于19.7%～20.6%，饱和度平均值介于57.0%～66.0%，适宜挤密处理。

依据《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)，建议正三角形布桩，采用2:8灰土作为填料，填料采用重锤分层回填夯实，其压实系数不小于0.97，桩间土平均挤密系数不小于0.93。挤密处理厚度不超过12m时，不宜预钻孔，可采用夯扩成孔。从施工可行性条件分析，拟建场地临近自然村落，夯扩成孔施工噪音污染大，可能引发村民投诉、阻工，因此对两种工法分别进行孔心距估算。

按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）6.4节估算孔心距：

S为孔心距（m）；

D为挤密填料孔直径（m），夯扩成孔取0.45，预钻成孔取0.55；

d为预钻孔直径（m），夯扩成孔取0，预钻成孔取0.30；

为地基挤密前压缩层范围内各层土的平均干密度（g/cm3），取1.41；

为击实试验确定的最大干密度（g/cm3），取1.69；

为挤密填孔（达到D）后，3个孔之间土的平均挤密系数，不宜小于0.93，估算分别取0.93、0.94和0.95。

依据估算结果，采用夯扩成孔工艺时，孔心距可取1.23～1.33m；采用预钻成孔工艺时，孔心距可取1.29～1.39m。根据地区同类地貌单元灰土挤密桩处理地基湿陷性经验，孔心距一般取0.9～1.0m。估算结果与地区经验差异较大。

2.3其他建议

挤密桩施工结束后应清除上部虚桩，并在基础底面下铺设不小于0.5m厚的3:7灰土垫层，垫层压实系数不宜小于0.97。

地基整片处理时，处理范围应大于清水池底层平面的面积，超出清水池外墙基础外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1/2。

无论采取何种地基处理方案，均应按规范采取防、排水措施。

挤密桩复合地基设计、施工前应进行小面积复合地基试验，进行试打、试夯，测试工艺可行性。并经质量检测后确定合适的设计与施工控制参数，地基处理施工过程中及完成后，应按有关规定要求进行地基跟踪检测和最终成果检测工作。

表3灰土挤密桩试桩主要参数

3.试桩成果及地基处理方案调整

3.1试桩方案及成果

在场地内选择6处对灰土挤密桩单桩复合地基承载力特征值、桩间土湿陷处理效果和挤密情况、成孔工艺选择等进行试桩测试。桩长均为12.0m，桩身填料为2:8灰土，夯扩成孔直径0.4m，成桩直径不小于0.45m，预钻成孔直径0.3m，成桩直径不小于0.55m，正三角形布桩，每组19根，主要参数见表3。单桩复合地基静载荷试验：采用慢速维持荷载法，分8级加载，分级加载量为38.75kpa，第一级荷载38.75kpa，最终荷载加至310kpa，根据试验成果，6处载荷试验点P-S曲线均无明显比例界限点，地基承载力特征值均为155kpa。

桩身土压实质量：对试桩区6口探井中所取的216件桩身2:8灰土试样进行室内试验，根据试验结果，采取的18根灰土挤密桩桩身灰土压实系数介于0.97～0.98，平均值0.98，满足设计要求。

桩间土湿陷性：对试桩区6口探井中所取的144件桩间土试样进行室内试验，根据测试结果，除⑤号试桩全部消除桩间土湿陷性外，其余①～④及⑥号试桩均未完全消除桩间土湿陷性，湿陷性土样占比21.4%～38.9%。

桩间土挤密质量：试桩区桩心距1.0m的灰土挤密桩桩间土平均挤密系数①为0.91，②为0.93，③为0.91；桩心距0.9m的灰土挤密桩桩间土平均挤密系数④为0.92，⑤为0.94，⑥为0.92。根据试验结果，除②、⑤号试桩外，其余桩间土平均挤密系数均不满足设计要求。

3.2地基处理方案调整

依据试桩成果结合场地地质条件，地基处理预先采用灰土挤密桩，桩长调整为11.0m，正三角形满堂布桩，桩心距0.95m，夯扩成孔，成孔孔径0.4m，成孔后回填2:8灰土并采用重锤二次夯扩成桩，成桩直径不小于0.45m，挤密桩施工结束后，清楚上部扰动土层，在桩顶铺设1.0m厚的3:7灰土垫层。

处理后灰土挤密桩单桩复合地基承载力特征值不应小于155kpa，桩间土湿陷性应消除，桩身填料压实系数不小于0.97，桩间土平均挤密系数不小于0.93，铺设的3:7灰土垫层压实系数不小于0.97。

4.结论

根据地基跟踪检测成果和最终检测报告，清水池场地灰土挤密桩单桩复合地基承载力特征值满足设计要求。挤密处理后，桩间土湿陷性已消除，其挤密系数介于0.93～0.94，满足设计要求；桩身2:8灰土平均压实系数介于0.97～0.98，满足设计要求。3:7灰土垫层压实系数介于0.97～1.00，满足设计要求。

根据沉降观测报告，布设的24个沉降观测点观测期内，最大沉降量7.4mm，最小沉降量4.8mm，相邻点最大差异沉降量1.4mm，平均沉降速率0.008mm/d。通过施工阶段和封顶后观测成果可知，受监测清水池绝对沉降量较小，差异沉降量不大，沉降均匀，未出现异常沉降现象。

由检测、监测成果可知，地基处理达到了预期目的。该清水池自2015年建成投入使用以来，运营状况良好。

参考文献：

[1]《岩土工程勘察规范（2009年版）》(GB50021-2001)；

[2]《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)；

[3]《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)；

[4]《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)。