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1、黄土湿陷性的施工处理措施分析【摘要】对于湿陷性黄土渠道, 基础处理不当, 会造成渠道湿陷破坏。渠道湿陷性处理应根据实际条件及湿陷特性分段进行。预浸水法需要预留的浸水时间长、耗水量大, 对于工期要求紧或缺水地区应谨慎使用; 先试水后运行法不仅浪费水, 而且试水运行安全不易保证, 不宜采用; 灰土或水泥土垫层法、原土翻夯法是比较经济、实用的渠道湿陷性基础处理方法, 适用于处理湿陷性较强的自重湿陷性渠道基础。【关键词】湿陷性黄土渠道基础处理 1 我国现状我国黄土分布面积约为63 万余km2 , 主要分布在甘肃、陕西、山西三省, 在青海、宁夏、河南也有部分分布, 其他在河北、山东、辽宁、黑龙江、内蒙古
2、和新疆等省(区) 也有不连续或零星的分布。湿陷性黄土面积约占黄土分布总面积的60 %左右, 大部分分布在黄河中游地区。湿陷性黄土的孔隙比一般比较大, 并往往具有肉眼可看到的大孔隙, 但由于在颗粒间具有较大的结构强度, 故在天然干燥状态下, 黄土仍可承受一定的荷重, 并且变形量也较小。但在自重或一定荷重作用下, 受水浸湿后, 黄土结构迅速破坏而发生显著的附加下沉, 这就是黄土湿陷性。近年来, 我国西北湿陷性黄土地区兴建的提水灌溉和引水灌溉工程很多, 例如甘肃的引大入秦、临夏南阳渠灌溉工程、靖会电力提灌工程、兴堡子川电力提灌工程, 陕西的泾惠渠、冯家山水库灌区、东雷灌区, 宁夏的同心扬水工程、固海
3、扩灌工程, 山西禹门口灌区、大禹渡灌区等工程, 均布置在湿陷性黄土区内。在这些地区, 有些工程由于湿陷性黄土处理的工程措施不当, 造成了一定的经济损失, 黄土的湿陷性已成为这些地区的主要工程问题。2 几种常用的渠道基础处理措施目前, 在我国湿陷性地区常用的渠道基础处理方法主要有垫层法、预浸水处理法、先试水后运行法、原土翻夯处理法。以下分别进行介绍：2.1 垫层法垫层法就是将渠底以下一定范围内的湿陷性土层挖去, 用一定体积比配合的灰土或水泥土, 或粘土在最优含水量情况下分层回填夯实或压实。垫层法包括灰土垫层、水泥土垫层、等, 灰土垫层是比较常用的一种。2.1.1 灰土垫层最优含灰率一般为28 和
4、37 ,但与石灰的等级有关, 通常以CaO + MgO 所含总量达到8 %左右为最佳。灰土中, 土料参与化学作用, 尤其是土中的粘粒或胶粒具有一定活性和胶结性。粘粒含量越多, 灰土强度越高, 土粒粒径不得大于15mm。灰土应分层夯实或压实, 多层虚铺的厚度一般在200300mm 左右。2.1.2 水泥土垫层以当地的特细沙(来源于风积或河道清淤等) 或沙壤土为主要原料, 加少量水泥(占总量的10 %15 %) , 微量的外加剂和适量的水拌和均匀后铺筑而成的。2.2 预浸水处理法预浸水处理法是预先对湿陷性黄土场地或地段大面积浸水, 使土体在饱和自重压力作用发生湿陷, 产生压密, 以消除全部黄土层的
5、自重湿陷性和深部的外荷湿陷性。我国宁夏、陕西、青海、甘肃等地区的部分已建灌区工程的渠道基础处理曾采用了这种处理方法。渠道工程浸水施工一般是先开挖出一个断面,分段浸水, 分段长度以50m 为宜。浸后一般会出现不均匀沉陷, 同时, 沿渠道两侧出现多条纵向裂缝, 这种裂缝的宽度和深度由靠近渠道处较宽较深, 到较远处较窄较浅。处理沉陷后的地基, 首先进行人工或机械平整, 再在其上做土垫层, 垫层的厚度一般为0.51.0m, 再进行荷载试验, 以确定合理的垫层厚度。2.3 先试水后运行法自重湿陷性黄土渠道开挖后, 不用混凝土或其它材料衬砌, 先通水试运行一个灌溉周期后, 使其充分湿陷, 停水时期晒干整修
6、, 再用混凝土板或其它防渗材料衬砌。2.4 原土翻夯处理法湿陷性黄土渠道开挖后, 在渠道开挖断面的基础上, 再向外扩挖进行原土翻挖、夯实。根据宁夏地区的经验, 翻夯深度一般在80150cm 之间,对于自重湿陷性黄土渠道, 翻夯深度可大些; 对于非自重湿陷性黄土渠道, 翻夯深度可小些, 或不翻夯。渠道翻夯后, 可消除翻夯深度内的黄土湿陷性, 同时也可提高渠道基础承载力。3 常用的渠道基础处理措施3.1 灰土和水泥土垫层法灰土和水泥土垫层的主要作用之一就是消除湿陷性, 同时也具有较好的防渗性能。如果简单地从消除湿陷性和防渗效果来讲, 相同厚度的垫层, 水泥土垫层效果比灰土垫层好。工程实践证明, 一
7、般湿陷性黄土地基浅层部分在总沉降量中所占的比例是比较大的, 采用灰土垫层或水泥土垫层代替上部湿陷土层, 可以减少这部分的沉降量。由于灰土垫层对应力的扩散作用, 使作用在下卧层土上的压力较小, 这样也会相应减少下卧层土的沉降量。我国西北地区采用灰土垫层处理渠道基础湿陷性的工程比较多, 一般用于挖方渠道,如陕西东雷二期工程、宁夏固海灌区工程及扩灌工程、甘肃白草原干渠等均有采用。也有采用水泥土垫层进行处理的, 如宁夏固海灌区工程及扩灌工程, 一般用于处理填方渠道的比较多。从上述几个已投入运行的工程情况来看, 效果是比较好的。3.2 预浸水处理法预浸水法适用于水源条件好的地区, 它的优点是不需建筑材料
8、、专用的或大型工具, 又不需很多人力。在我国采用预浸水法处理建筑物基础的成功实例比较多, 处理渠道基础的实例也不少, 例如陕西东雷二期、甘肃白草原干渠、青海小雨川东干渠、宁夏固海扬水等工程中均有应用。但预浸水法只能用来处理自重湿陷性黄土, 对于、级非自重湿陷性黄土不适用, 这主要是由黄土自身性质所决定的。自重湿陷性黄土可溶盐含量高, 易溶盐是非自重湿陷黄土的716815 倍, 土体湿陷敏感性强、变形量大, 遇水溶解后结构强度丧失很多, 浸湿后在较小的压力下便能克服周边土的摩阻力, 下沉压密。此外, 预浸水法处理渠道基础还具有浸水时间长、耗水量大的问题, 一般情况下需30 天至60 天, 甚至更
9、长的时间, 而且停水后还需一定的时间浸干后才可进行渠道断面开挖, 对工期影响比较大。根据以往的工程实践, 施工之前很难预留较长的时间, 也没有较长的超前时间来预浸水。因此, 对于工期要求紧的工程, 即使是变形量大的自重湿陷性黄土, 预浸水处理法也一定要慎用。某些工程由于对预浸水时间估计不足, 有使工期严重滞后的教训。在我国北方湿陷性黄土地区, 傍山布置的渠道比较多, 采用预浸水法还存在高边坡失稳的问题。一旦边坡失稳形成滑坡, 将造成重大损失。3.3 先试水后运行法先试水后运行法其实与预浸水法类似, 也是浸水处理渠道基础的湿陷性, 不同之处是利用试运行过程中的渠道输水浸泡渠道基础。80 年代兴建
10、的宁夏固海灌区曾采用过这种方法, 但效果不是很好。该法的优点是不延长工期, 可以提前投入运行, 节省泡水费用; 缺点是试水运行期间渗漏水量比较大, 约为泡水水量2 倍以上, 渠道后期整修的工作量也比较大。值得注意的是, 采用此法渠道内的建筑物必须预浸泡水, 填方渠道不宜采用这种方法, 因为填方渠道湿陷后极易决口。而且对存在有陷穴、鼠洞、墓坑、暗缝等隐患的渠段也不宜采用, 容易造成大量漏水。此法不仅浪费水, 而且先试水期间的运行安全也不易保证, 因此应慎用。3.4 原土翻夯处理法实际上, 原土翻夯是土垫层法的一种, 也是我国西北地区湿陷性黄土渠道基础常用的一种处理方法。已建成的宁夏同心扬水工程、
11、固海灌区工程均采用了这种处理方法, 渠道运行情况良好。所谓原土翻夯, 就是指湿陷性黄土渠道开挖后, 在渠道开挖断面的基础上, 再向外扩挖进行原土翻挖、夯实。渠道翻夯后, 可消除翻夯深度内的黄土湿陷性, 同时也可提高渠道基础承载力。这种方法结合渠道防渗, 对于处理非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土渠道基础是很有效的, 完全可以达到防止渠道湿陷的目的。由于其施工简单、造价低, 在我国西部地区被广泛采用, 是一种实用而经济的工程措施之一。根据宁夏地区的经验, 翻夯深度一般在80150cm 之间, 对于自重湿陷性黄土渠道, 翻夯深度可大些; 对于非自重湿陷性黄土渠道, 翻夯深度可小些, 或不翻夯。4 结束语因湿陷性处理措施不当而造成渠道产生湿陷破坏的实例, 证明了湿陷性黄土对渠道基础的危害,应该得到工程设计人员的重视。湿陷性处理方法很多, 但应因地制宜, 合理选择。预浸水法需要预留的浸水时间长、耗水量大,对于工期要求紧或缺水地区应谨慎使用; 先试水后运行法不仅浪费水, 而且试水运行安全不易保证,不宜采用; 灰土或水泥土垫层法、原土翻夯法对于湿陷性较强的自重湿陷性渠道基础, 是比较好的处理措施, 最大优点就在于可就地取材、处理效果好, 尤其象西北等缺水地区更为实用。对于任何一个工程, 湿陷性处理方法并不是单一的, 应根据实际条件及湿陷特性, 分段采用适宜的处理方法。7
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