大坝湿陷性黄土地基处理浅析

张　雁　张　蕾　赵小宁（陕西水环境工程勘测设计研究院　陕西　西安　710018）

大坝湿陷性黄土地基处理浅析

张雁张蕾赵小宁
（陕西水环境工程勘测设计研究院陕西西安710018）

湿陷性黄土地基问题是在陕北地区修建水库普遍存在的地质问题，本文通过红石峁水库坝基湿陷性处理方案，介绍了常用的湿陷性黄土处理方法及适用条件。可为以后类似工程选取工程处理措施提供参考。

湿陷性黄土；处理方法

1　工程概述

红石峁水库位于子长县城西北约7.5km处的红石峁沟，坝址位于红石峁沟口以上0.8km。水库是一座以供水为主，兼顾拦沙、防洪等综合利用的Ⅲ等中型水利工程。枢纽主要由大坝、泄洪洞、输水建筑物、充库建筑物等四部分组成。大坝采用均质土坝坝型，坝顶高程1124.00m，最大坝高46.0m，坝顶长398.5m，宽5m。

2　工程区湿陷性黄土特性

红石峁水库工程区位于陕北黄土高原中部的黄土梁峁区，地势为西北高、东南低，属向南东缓倾的河谷盆地，两岸分布湿陷性黄土。湿陷性黄土是具有遇水下沉特性的黄土。黄土的湿陷性用湿陷系数进行判定，是在给定的压力情况下，由浸水所造成的相对变形值。土的自重压力大于起始压力而产生的湿陷，称为自重湿陷。土的自重压力加上建筑物的附加压力后而产生的湿陷，称为非自重湿陷。划分这两类湿陷性黄土地基，一般采用现场试坑浸水的方法。在没有现场试验条件时，也可根据室内试验并结合当地的建筑经验确定。

红石峁水库坝址区一级阶地上部堆积Q41al砂壤土层厚0.5m～5m，土层的湿陷量按照GB50025-2004《湿陷性黄土地区建筑规范》有关规定计算，属自重湿陷性土，自重湿陷量△zs=76.8mm，总湿陷量计算值△s=80.3mm，场地的湿陷类型属自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），湿陷深度5.0m。

两坝肩黄土梁的Q3eol黄土、古土壤具湿陷性，其坝肩一般厚度10m～30m，土层自重湿陷量计算值△zs=0mm～144mm，总湿陷量计算值△s=115mm～400.3mm，坝址左右坝肩各探坑湿陷计算求得的湿陷等级均有差异，但最高均为自重湿陷Ⅱ级（中等）。结合区域地质资料，坝肩Q3eol黄土、古土壤综合评定为自重湿陷Ⅱ级（中等）场地。湿陷深度较大，坝肩以下10m～20m。

左坝肩为黄土山梁，高程1084m～1101m以上为黄土斜坡，上部由Q3eol黄土、古土壤及Q2eol+pl黄土状土、Q2al砾石组成，层厚10m～50m，属自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），坝肩自然坡角25°～45°。下部地层为砂泥（页）岩互层，基岩顶板高程比设计库水位高程低约14m～32m。

右坝肩按地层成因可分为三部分：坝轴线高程1155m以上为黄土斜坡，坡角38°～45°，地层为Q3eol黄土、古土壤及Q2eol+pl黄土状土、Q2al砾石组成，Q3eol黄土、古土壤分布于坝顶以上，属自重湿陷Ⅱ级（中等）；Q2eol+pl黄土状土坝基以下不具湿陷性。

黄土地基的湿陷对建筑物的危害十分严重。湿陷性地基造成的建筑物地基的湿陷变形往往是不均匀的，属于失稳型的地基变形，一般在一两天内就可能产生20cm～30cm的变形量。湿陷性黄土地基会引起坝基局部塑性破坏和大坝整体性滑坡、坝体产生大的裂缝、地基长期处于软弱状态等危害，所以必须对左坝肩湿陷性黄土进行处理。

3　工程区湿陷性黄土处理措施

湿陷性黄土地基的处理应综合考虑黄土层的厚度、黄土性质和湿陷特性、施工等条件，通过经济技术比较选定处理方案。常用处理方法有开挖回填、表面重锤夯实、预先浸水及强力夯实等。

表1-1　　湿陷性黄土地区建筑规范里具体的方法及适用范围

湿陷性黄土地基的处理，较为彻底的方法是开挖回填法。因此，当坝基沉降量主要由表层土产生，强湿陷性或强压缩性土层相对较薄时，应优先考虑挖除回填的处理方案。开挖回填法是将地基的湿陷性黄土层全部或部分挖除，然后在土的最优含水率条件下将原土分层回填，碾压密实。采用开挖回填法处理黄土地基时，回填土的压实度应不低于坝体同类土料的压实标准。

表面重锤夯实法：将重锤提高到一定高度后，形成自由落体运动冲击地层，重复夯打，使黄土的密实度增大，改善土的物理力学性质，减少或消除黄土的湿陷性。对于位于地下水位以上，饱和度不大于0.6的湿陷性黄土，如采用2t以上的重锤时，一般处理厚度为1.0m～1.5m。当表层黄土含水率较低时，则不易夯实；若含水率太高时，容易形成橡皮土。因此，在采用重锤夯实时，对地基黄土应控制含水率。在实施前应进行夯实实验，以选定锤重、锤的尺寸、夯锤落距和夯实遍数等施工参数。

预先浸水法：在坝体填筑之前，在坝基范围内向湿陷性黄土层中预先加水浸泡，通过浸水减少黄土的湿陷性。当坝基黄土属于强或中等湿陷性，土层厚度较大，且坝基沉降量中以湿陷变形为主时，适宜采用预先浸水法处理。当湿陷性黄土层的厚度在15m～20m以上时，可采用深层预先浸水法加速浸水过程。

强力夯实法：采用较重的夯锤（锤重一般为10t、15t、20t、30t等几种）以较大的落距（一般10m～40m）强力夯实湿陷性黄土坝基以提高其干密度。

因右坝肩湿陷性黄土处于坝顶高程以上，不需处理。本次设计只对于红石峁左坝肩湿陷性黄土采用浸水预沉法及换填法两种方案进行比较。

方案一：浸水预沉法

在两坝肩开挖平台后，分三层造孔充库预沉，孔距5m，梅花状布设。主要工程量为：造孔1.73万延米，湿陷性处理0.70万m2，投资146.99万元。

优点：工程投资相对较小，缺点：预沉需要时间较长，对其它工程初期会有影响，处理效果难以保证。

方案二：开挖回填法

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004要求，处理平面范围在坝体轮廓以外2m控制，开挖单级坡高10m，坝顶高程以下坡比1∶1，平台宽度为5m，在坝顶高程以上开挖坡比1∶0.75，平台宽度为3m。右坝肩存在14#错落体，将其全部挖除，开挖坡比与左坝肩相同。主要工程量为：土方开挖23.76万 m3，土方回填 12.36万 m3，投资365.75万元。

优点：施工简单，工期短，处理效果较好；挖除土方可利用；缺点：工程投资略大，对于开挖压实部位与原湿陷性黄土断面结合无法处理。经综合分析比较，本次采用方案二。

由于坝体的安全性对水库影响较大，开挖回填法是较为彻底的处理方法，并且可将开挖出的湿陷性黄土作为筑坝土料利用。本次工程设计对于左坝肩湿陷性黄土采取开回填挖方式进行处理，临水侧，水下开挖综合坡比1∶3，水上综合坡比1∶1，每隔10m设置一道戗台，宽3m，并在1124m以下采用干砌石护坡，每级戗台内侧设纵向排水沟，每隔10m设置一道横向排水沟。横向排水第一道与最后一道必须紧贴开挖面首端与末端。背水侧1124m以下综合坡比1∶1.5，以上为1∶1，每隔10m设置一道戗台，排水系统布设与临水侧相同。

4　结论与建议

红石峁水库湿陷性黄土采用开挖回填方案，其处理效果仍待后期运行检验。在湿陷性黄土地基上进行建筑时，根据建筑物的重要性、湿陷类型及地基的湿陷等级采取相应的经济合理的地基处理措施以保证建筑物的安全运行。陕西水利

（责任编辑：唐红云）

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