（水利工程专业论文）宁夏扶贫扬黄工程十一泵站大厚度自重湿陷性黄土预浸水处理技术的研究.pdf

宁夏扶贫扬黄工程十一泵站 大厚度自重湿陷性黄土预浸水处理技术的研究 学科：水利工程 导师：郭增玉教授 郑克敬教高 答辩时间： 作者： 2 0 0 2 1 0 薛杰军 摘要 本文通过对1 1 泵站地基预浸水处理设计、施工、观测试验等 工作的参与、组织，通过深入分析陕、甘、宁、青等省若干个湿 陷性黄土场地预浸水处理的有关资料，对大厚度自重湿陷性黄土 预浸水处理技术提出以下主要结论：( 1 ) 湿陷性变形稳定标准， 即最后5 d 的日平均湿陷量应小于l 2 。( 2 ) 从浸水至下沉可能 为1 2 0 、1 4 0 、1 6 0 或1 8 0 天。( 3 ) 从浸水至湿陷稳定的总耗水量 可能为2 0 4 0 吨米2 。( 4 ) 停水后土体含水量变化与时间的关 系，虽然呈逐渐降低，但降低的快慢差异很大( 5 ) 尽快实施预浸 水处理施工，以便为停水后土体含水量的降低提供充足的时间， 以提高地基的承载力，减小地基的变形量。 以上结论，对大厚度自重湿陷性黄土预浸水处理工程的决策、 设计、施工提供了难能可贵的经验，它对大厚度自重湿陷性黄土 场地的地基处理方案的正确选择，对节约工期，节省工程投资意 义巨大。 关键词：黄土自重湿陷性预浸水 a b s t r a c t p r “聃n d a t i o t h a 恤e n to ng m v 姆c o u a p s 曲m t yl o 螂w i 伍m o nt h i c l 【n 哪a t n o 1 lp h m ps t 童廿o o f t h cp r o j e c fo f p m p j n gw a t e r 舶m 伍e 州尉v e r f o rh e l p i n g 也ep o o ri n i 乒i aa u t o o m o sr e g i o n a l r a c t w i t l lm ep a r t i c i p a t i o no nd e s i g n ，c o n s 廿1 j 翻0 na n d0 b s c r v a t i o n 瓠w e 舾t 鼯tf b rt 1 1 e p r e i n i m d a t i o nt r c 帅e mf o rt l l ef o u n d a t i o no fn o np 啪ps 喇，柚dm r o t l g h o u tt i l e 锄a l y s i so fs o m er e l e 恤ti 1 1 f o r i i l 洲o no np r e - j n u n d 鲥仃咖朋t 伽f 州妙c o l l a p s i b j j i l y 1 0 e s sw i t hm o r em i c k n e 船，t l l ep a p e rw o r k sf o n o 、矾n gc o n c l 哪i o i l s ： ( 1 ) a b o l l it t l es t a b i l i t y s 协d a r d0 nc o l l a p s i b i l i t yd e f o n n 撕o n ，t l l cd a ya v e 强g ec o l l 印s i b i l 时v o l 呦eo f n l e1 a s t5 d i sl e s s 血柚l 2 ；( 2 ) t l l ep o 昭i b i l n yo fs i n 虹n gs i n c ei n 咖d a t i o nh a p p e n si n1 2 0 ，1 4 0 ，1 6 0o r j8 0d a y s ；( 3 ) t i l et o 雠iv o i 唧eo fw a t e rc o n s u m p t i o nf b mi n u n d a t i o nt oc o i l a p s i b 订i t y s t a b i l 耐s h o u l db e2 0 q ot 0 m m 2 p o s s i b i y ；( 4 ) t h er e j a t i o nb e “v e e nt h et i m e 卸dt h ec h 锄g eo fj o e s sw a t e rc o n t e n a f t e r w a t e r i n gt e n d s 】e s s ，b u ti tt e n d sd i 疗色r c n t i y ；( 5 ) t h en a t m e n to f p r e i n u n d a t i o ns h o u l ds 眦 a ss o o na sp o s s i b l e ，s oi te i l s u r c se n o u g ht i m ef o rd e c r e 罄i n gm el o e s sw a t e rc o n t e n ta 船r w a t e r i n g ，a st oi n c r e 粘et l l eb e a r i n gc 印a c 时o f f o u n d a t i o n 锄dd e c r e 畦et h ed e f o m a t i o no f f b u n d a t i o n 1 1 1 ec o n c l u s i o l l sm e n 石o n e da b o v eo 彘rs o m ce x p 舐c e sf o rd e c i s i o r i d 鹊i 印a z l d c o n g 咖c t i o no fp r e - i n u n d a t i o n 仃e 咖e n t 仰g m v j i yc o l l a p s j b i l 时1 0 e s s 锄di ta l s oh 出 i m p 0 咖tm e 柚i n gj nc h 0 0 s m g 也ec o n c tp l 锄如ds h o n e n i n gt l i ec o n s u c i i o n 锄ds a v i n g t h ei n v e s t i n e m0 nt h et r e 锄e n tf o rt l l el o e s sf o u n d a t i o nw 曲m o r et h j c k n 郫s 锄d 胂v 时 c o l l a p s i b i l i 够 l ( e yw o r d s ： l 0 e s s g m 时c o i l 印s i b i i i 哼 p 州n u n d a t i o n 1 导论 1 1 问题的提出及意义 宁夏扶贫扬黄一期工程，包括红寺堡灌区工程、固海扩灌灌区工程和 水源工程三部分。灌区引水流量3 7 7 m 3 s ，设计灌溉面积1 3 0 万亩，年用 水量5 1 亿m 3 ，计划搬迁安置移民6 7 5 万人。在国家计划发展委员会下 达的1 9 9 9 年国家重点建设项目名单中，宁夏扶贫扬黄灌溉一期工程已列 为国家1 0 2 个重点建设项目之一。 固海扩灌灌区水利骨干工程有泵站1 2 座，其中i v 自重湿陷性场地约 占l 3 ，湿陷性土层厚度最深达2 5 3 6 m 左右，黄土湿陷量高达2 0 0 c m ， 由我院承担的十、十一泵站地处清水河三级阶地，根据施工图地质报告： 十泵站场地湿陷性土层厚达2 5 m ，十一泵站场地湿陷性土层厚达3 6m i 对 于如此大厚度的湿陷性黄土地基，若设计处理措施不当，势必造成建筑物 的大幅度沉降，影响建筑物的f 常使用，给国家带来重大经济损失。因此 在本次泵站设计中地基处理显得尤为重要。根掘本工程有关特点，地基处 理方法采用预浸水处理。 由于预浸水处理地基目前对于处理大厚度自重湿陷性黄土应用还不 很成熟，预浸水处理地基的耗水量、湿陷量、停水条件、稳定标准及处理 后地基的压缩性和承载力等一系列问题有待于进一步研究，因此对于其研 究显得意义重大。 1 2 目前的研究现状 笔者目前对以上问题进行了大量资料的收集，综台陕、甘、宁、青等 省若干个湿陷性黄土地基预浸水处理的有关资料，概述其成果如下： 1 ) 浸水坑面积大小对自重湿陷量的影响 ：! ! ：一：= 。：燮：螽垡篷垄! 点鬟型姿= = = ：。：。一 根据试坑浸水试验结果袭明：面积较大的试坑具有较大的自誊游陷 掇，面积相近的试坑，其湿陷鬣基本相近，试坑的形状对湿陷量影响较小。 当浚承境尺寸大小等子瀑陷性窟厚躞刚，由于消除了测透阻力鹣影 响，方可使自熏瀑陷充分发生，即试坑的锻佳尺寸应等于瀑陷土层舶摩= 童： 且不小于1 0 m 。 表l浸承试坑尺寸黠囊重滠略影响 实测自黧湿陷量 试验地点试坑尺寸( f n ) ( c m ) 跌疆富平张毫蓐场地 l q i o2 0 ? 5 x50 ( 非敏感性越土) 2 2 0 敞i 娜合姐l 尔壬场地 10 1 04 7 7 s j 1 8 2 ( 敏感堂l ：黄二j ：) 2 再z 玉l s 2 兰州尔岗地区 j 0 l ( )8 7 o 小s ( 脚坑) 5 7 1 ( 辙感性黄土) 2 2+ 8 摘臼黄土力学与工程剃襁l j i 编著 2 ) 土体湿陷丌始时问、；_ i = 陷高峰出现州m 与鲑大湿陷速率与试坑大小的 关系 锹掘试坑浸水实验成粜显示：面积较大的试坑，其湿陷速率要比面积 较小的试坑为快，土层湿陷速率的峰值一般比现在浸水后的第2 3 昼彼。 此静，由于水鲍浸入深度逐澎擞太，土的加圈性结构逐澎破坏，敌滠酝速 率逐渐嬲快；此后，由于土又不断密实，深朦浸水的影响相对较小，浠陷 避率又逐渐减小，氲至达到稳定或缓慢的蠕变变形。 表2青海吉家湾场地不同尺寸试坑的湿陷速率( 1 l l d ) 试坑 第第第第 第 第第第 第第 第第 第 12 3 4 5l o1 52 02 53 0 3 5 4 0 5 0 尺寸 日目日日日日日日日目日日日 巾177233l1 中4 6 1 31 3 964 巾83 35 07 26 75 9忽876433 2 中1 2 6 2 l s 79 36 35 31 375 l2111 摘自自重湿陷性黄土层预浸水处理的现场试验与实施设计 3 ) 湿陷量、耗水量与浸水时间的关系 根据自重湿陷性黄土层预浸水处理的现场试验与实施设计，浸水 时间愈长，耗水量愈多，湿陷量办愈大，但湿陷速率却愈来愈小，昼夜单 位面积耗水量亦逐渐减小。 从表3 中可以看出，对相同的时刻，一般是较大的坑有较大的湿陷量， 湿陷量的4 0 7 0 发生在1 0 天之内，9 0 发生在5 0 天之内，停水后的附加 湿陷量不到l o ，而浸水中的蠕变变形一般在4 以下，且随着浸水坑尺寸 的增大而减小，故它对土层最终湿陷量的影响较小。 4 ) 坑外变形特征及浸水影响范围 根据自重湿陷性黄土层预浸水处理的现场试验与实施设计t 试坑 在浸水1 2 昼夜时，坑边向外o 3 1 - o m 处出现第一道环形裂缝，随后 在外围相继出现新的裂缝。裂缝呈同心圆状分布，问距由小于o 5 【r 【3 0 m ， 距坑边处最大，可达0 ，缸，最大的深度为5 m 左右，最外边处的裂缝距坑 边的距离约等于试坑的直径。 5 ) 预浸水处理效果 根据兰冲场地湿陷稳定停水1 6 个月后的测试表明，土的干容重提高 约1 1 ，压缩性降低3 3 ，c 值增大了6 3 6 ，中值变化甚微，垂直渗透系 数减小1 3 倍，此时自重湿陷基本消除。 1 3 本文研究的目的和内容 本文在深入分析陕、甘、宁、嵩等省若于个滠昭性黄土地基预浸水处 理有关资辩豹基硇上，结合宁夏获贫扬黄一鬻工程湖海扩灌灌送l l 泵玷 预浸水处理设计、施工及观测试验的结果，试图寻求类似本工稔大厚度湿 陷性黄土预浸水处理技术中所涉及到的主要问题的解决对策，即；( 1 ) 湿 隧量与浸承时闻的关系：( 2 ) 湿陷速事鲍变纯特征；( 3 ) 总耗承煞、每昼 夜耗水量与浸水时间的关系：( 4 ) 停水条件及稳定标准：( 5 ) 预浸水后地 基的压缩性殿承载力；( 6 ) 预浸水处理地基的适用条件及效果探讨。 戬上翘题的鼹决终为大厚度澎隆褴黄土预浸水处理静台褒设计提供 较完善的理论依据和为现行湿陷性黄土地区建筑规范修订提供新的经 验。 2 十一泵站工程概况 2 1 工程简况 十一泵站技施阶段主要技术指标详见表5 。 表5技旖阶段十一泵站设计主要技术指标表 、 指标 项目 单位 技施阶段 控制灌溉面积万亩 1 9 5 4 1 6 本站灌溉面积万亩8 8 4 1 9 设计流量 m 3 s5 8 6 净扬程m3 3 2 0 9 总扬程 m3 6 3 3 8 6 3 7 8 型号 3 2 s al o d ，7 一j o o s 3 5 ) 单机流量 m 3 s2 】8 8 0 5 l 水 单机轴功率 k w 8 5 9 8 4 9 2 2 8 泵 装机台数 4 2 运行台数 3 2 安装高度m1 0 8 一1 5 1 5 型号 y 6 3 0 j o 电 一，一y 4 0 0 一6 容量 k w10 0 0 4 0 0 机 电压 k v6 台数4 2 总装机容量k w4 5 6 0 设计运行容量k w3 5 6 0 设计运行轴功率 k w 3 0 1 7 总负荷k w3 8 0 6 2 2 站址地质概况 2 2 1 工程地质条件 十一泵站新建场地位于固原县张堡二队南侧，地处清水河三级阶地中 部，地面平坦丌阔，高程1 5 2 9 1 j 6 0 m ，勘探竖井深3 0 4 1 m ，未见地下 水位，掘民井调查地下水位埋深大于6 0 m 。勘探深度范围内的地层山上到 下分为两层，上部黄土、下部壤土。黄土为浅黄色，疏松、多孔，质地均 匀，有湿陷性t 层厚： 65 m ，层底高程1 4 9 j 5 1 m 。壤土，第四系上更新统 冲积层，稼黄色一浅红色，硬塑，稍湿层厚大于1 5 o m 。 2 2 2 土层的湿陷性 从室内土工实验资判分析可看出：黄土属自重湿陷性土，壤土属非湿 陷性土，泓陷性黄土层厚：虮5 m ，地表向下o 1 8 m ，土层的般温陷系数 6h = ( j ( ) ： ( ) ( ) 7 槲i fr 等湿陷性土；地表向下1 8 0 3 6 5 二l 二层的陷性 系数6s 3 6o 1 10 0 6 31 3 9 2 01 0 3 0 8 自重湿 t 23 5 5o 0 9 4o 0 7 01 4 0 4 6“5 6 8陷级 由上表，该场地湿陷性土层下限深度大于3 6 m ，在2 0 0 k p a 压力下的最 大湿陷系数o 1 l o ，饱和土自重压力下的最大自重湿陷系数o 0 6 8 。最大 2 十一泵站工程概况 总湿陷量大于m 0 4 6 c m ，最大自重湿陷量l1 5 6 8 c m 。据湿陷性黄土地 区建筑规范g b j 2 5 9 0 评价，该场地为自重湿陷性场地，湿陷等级i i i i v 级，湿陷程度严重很严重。 2 3 工期要求 根据宁夏扶贫扬黄灌溉工程建设总指挥部的要求，固海扩灌灌区水利 骨干工程2 0 0 2 年底保证主体工程施工完成。 3 予浸水处理设计 3 1 设计依据 ( 1 ) 湿陷性黄土地区建筑规范 g b j 2 5 9 0 ( 2 ) 泵站设计规范 s l 2 3 4 1 9 9 9 ( 3 ) 泵站施工规范 g b t 5 0 2 6 5 9 7 ( 4 ) 十一泵站工程地质勘察报告 ( 5 ) 十一泵站总体设计图 3 2 设计原则 ( 1 ) 予浸水地基处理应做到安全、经济、保证工期，方便施工。 ( 2 ) 予浸水地基处理除应满足工程设计要求外，尚应作到保护环境 和节约资源。 3 3 设计内容 十一泵站地基为i v 缴自重湿陷性黄土，湿陷性土层厚度3 6 5 m ，根掂 湿陷性黄土地区建筑规定( ；b j 2 5 9 0 ，地基处理应消除全部湿陷量， 设计经方案比较后采用予浸水处理法。根据泵站施工规范结合陕、甘、 宁、青等省有关工程泡水资料，设计如下： ( 1 ) 予浸水处理范围 处理范围包括泵站丰副厂房、前池及1 # 镇墩，浸水坑按大于基础四周 5 m ，边长按不小于需处理的湿陷性黄土层厚度做控制。 ( 2 ) 砂井设置 依据地质报告，十一泵站湿陷土层厚度为3 6 5 m ，为加速土层湿陷， 根据泵站施工规范，设计采用表层水畦泡水( 水畦中明水深度为0 3 1 o m ) 和深层浸水i l 相结合的方式。深层浸水孔间距为2 m ，孔径为l o o 1 5 0 m m ，孔深为2 6 m ( 需浸水土层深度的3 4 ) ，孔内填入碎石或小卵石。 ( 3 ) 沉降观测要求 浸水后第l j 天，每天观测2 次；第6 3 0 天，每天观测1 次：第 3 0 4 5 天，每2 天观测1 次：第4 5 7 0 天，每j 天观测1 次； ( 4 ) 施工要求 泵站厂区湿陷性黄土予浸水处理施工按以下程序进行： a 落实水源、电源，选择水源抽水设备及输水管道铺设。 b 修筑道路，平整场地。 c 设置施工平面与高程控制网点，进行测量放样。 d 按设计图开挖基坑，并按设计指定的弃土位置堆放挖出的土料。 e 进行现场试坑浸水试验，观测予浸水时间，耗水量和湿陷量等。 f 沉降变形观测。 g 补充勘探工作，重新评定地丛的湿陷性。 4 预浸水处理施工 4 1 进场放线 1 l 泵站预浸水施工于2 0 0 1 年6 月9 日进场，进行了必要的准备工作， t 0 日，全部人员进驻现场，在甲方人员交泵站定位桩后，进行施工放线。 4 2 土方开挖及设备 上方开挖设备于2 0 0 1 年6 月1 2 日进场，6 月1 5 日结束，历时4 天。 设备：装载机1 台，推土机l 台，翻斗车5 辆。 上方量：4 9 8 2 m 1 。 4 3 深层浸水子l 施工及设备 l l 泵站深层浸水孔于6 _ = i1 8 日开始施工，6 月2 5 日结束，历时8 天。 设备：俄式x j 一3 0 0 型空压钻机2 台，普通汽车钻1 台。 工作量：深层浸水孔8 0 ( ) 个，删距为2 m ，孔径为1 0 0 1 5 0 m m ，孔深 为2 6m ，总进尺2 0 8 8 0m 。泵站坑内共填碎石1 0 5 m “，其中浸水孔内填料9 7 m 1 ，坑内进水口填料8 m 。 4 4 湿陷变形观测点设置 ( 1 ) 基点：设基点2 个。1 个供经常观测之用，另1 个作为备用。 ( 2 )观测点：坑内观测点沿纵、横轴线方向设置( 如附图l 所示) ，间 距6 m 。坑内共布设j 7 个观测点。坑外观测点按2 0 0 1 年6 月2 8 日宁 夏扶贫扬黄灌溉工程建设总指挥部会议纪要关于固海扩灌泵站基 坑浸水中间检查的会议纪要之要求进行。在坑边未受影响区，垂 直坑边方向布置，l o m 之内，l 【布点1 个；1 0 4 0 【l ，2 【l 布点1 个。 依现场条件，目前布点6 0 个，根据沉降情况，适当增加。 塑塞堡三垄耋三垒塑圭童i 丝耋；：。：= = = 一 4 5 浸水 1 l 泵站于6 月2 5 日作好了浸水前的一切准备工作，并进行了试浸。6 月2 6 日上午9 ：0 0 时正式开始浸水。注水5 天后，坑面全部覆盖，并于 次日坑内保持5 l o c m 水头。浸水第7 曰( 7 月2 日) ，坑内水头达3 0 c m 。 除6 月2 8 日下雨，不能拉水，坑内水位下降较大外，一般情况下，坑内 水面均能保持3 0 1 0 j c m 的水头，供水情况基本正常。1 1 泵站2 0 0 1 年】2 月5 日停水，浸水天数共计1 6 2 天。 4 6 观测 4 。6 1 沉降观测 1 1 号泵站地基浸水处理观测2 2 4 天( 浸水观洲1 6 2 天，停水后观测6 2 天) ，分别对浸水坑内外点的沉降按要求进行了观测。 沉降观测按设计要求进行。即浸水后第卜5 天，每天观测2 次；第6 ， 3 0 天，每天观测1 次；第3 0 4 j 天，每2 天观测1 次：第4 5 7 0 天，每 5 天观测1 次：观测情况见沉降成果表。 1 l 号泵站停水前，坑内沉降量1 2 7 j 18 8 6 c m ，平均1 6 7 7 c m ，坑 外沉降量随着距坑边距离的增大，沉降量由大变小至零，最大值l j 5 1 c m ； 停水后，坑内沉降量1 6 2 8 j 3 c m ，平均d 7 3 c m ，坑外沉降量1 6 8 c m 。 浸水前后累积沉降量：坑内1 6 3 0 2 6 i 。l c i n 平均2 】5 1 c l n ，坑外沉降 量最大值1 6 9 2 c m 。 4 6 2 异常现象及坑周裂缝观测 在浸水初期，浸水坑西侧一部位有跑水现象，随着大量水的灌入，该 部位塌陷，跑水停止。此后，再没有发现跑水、漏水等异常现象。 浸水过程中，对浸水坑周边裂缝进行了观测，观测记录其出现时问、 扩展延伸情况、间距、错台及距浸水坑边的距离等。浸水过程中，坑周逐 渐错台形成很明显的蝶形洼地。见裂缝描述图2 、图3 。 4 6 3 水量观测与计量 1 1 泵站注水先采用汽车拉水，共拉水2 4 天，2 4 天以后又以管道送水。 拉水过程中，由供水单位与现场人员共同对水量进行计量，并及时核对， 防止出现较大误差。在管道送水过程中，现场人员采用不同方法定期测量 管道出水口的出水量，具体方法有：直接测量法，浚法是在管口接一定 容积的水罐，用秒表记录注满水罐所用的时间，然后换算出管道每小时的 输水量：标准三角堰法，该法是在出水口按要求放置标准三角堰，记录 三角堰出水口的出水高度，然后查表求得水量；管口安装水表直接计量。 通过对三种测量方法的观测结果进行对比，所测数据比较接近，均在 2 5 6 m 3 小时左右波动，其数值差别不大。本次注水2 0 0 1 年6 月2 6 曰开 始，2 0 0 1 年1 2 月5 日结束，共计浸水1 6 2 天。总注水量1 2 4 0 4 3 m 。 4 7 停水条件及稳定标准 根据沉降观测结果，浸水坑前5 天的湿陷量较小，第6 3 0 天，湿 陷速度最快，3 0 天之后，湿陷速度逐渐减小，直至沉降稳定，坑内各个点 的沉降量维持在2 3 m m d 的基础上变化不大。8 月底( 浸水约6 5 天) 以 前的沉降较大，9 月底( 浸水约9 5 天) ，沉降般为2 5 m m d ，此后至停 水( 2 0 0 1 年1 2 月5 曰) 的这段时间，坑内点的沉降量基本在2 o m m d 左 右缓慢减小，随浸水时间的增加，沉降量有减小之趋势，但不十分明显， 不能满足湿陷性黄土地区建筑规范g b j 2 5 9 0 中第六节第4 6 2 条第三 款之规定或设计要求的稳定标准。 针对上述特殊现象，就能否停止浸水的问题，施工单位、工程建设 总指挥部及设计单位都是十分慎重的，组织有关部门专家学者、黄土规 范主编人进行了深入研究，大家分析认为：湿陷性黄土地区建筑规 范g b j 2 5 9 0 中规定的预浸水法稳定标准，最后5 天的平均沉降量1 m m d 是参照兰州东岗浸水试验资料确定的，其场地条件是1 0 m 左右的黄上层。 针对l l 泵站场地，其湿陷性土层厚度3 6 m ，场地的特殊性在国内较少，已 超出规范的认识范围。此外，人们对黄土的认识还处于一个半经验、 半理论状态，随着对一些特殊现象的揭示，人们的认识不断提高，并且规 范规定的稳定标准值，也是一个经验值。泵站设计的基础处理面在地 面下l o m 左右，在浸水状态下，预压荷载已超过2 0 0 k p a ，浚值已大于泵站 基底设计压力。再者，目前泵站是在连续5 个多月、一定水头状态下发生 的沉降，设计中的泵站和前池有较高标准的防渗措施，今后正常运行中不 会有大面积、长时间的浸水状态。基于以上共识，施工单位提出停止注水 的建议，扬黄工程建设总指挥部同意停水。 5 预浸水处理观测结果分析 5 1 湿陷量与浸水时间的关系 试坑浸水后，坑内地面及坑外一定范围内的土体都将产生湿陷。虽然 各部位土体产生的湿陷的迟早、增长的快慢及达到相对稳定时的湿陷量有 所差异，但自重湿陷量与时俱增的规律是一致的。一般情况是，坑内地面 产生湿陷量最早，坑外一定范围内土体湿陷发生的时间则是离坑近的早， 湿陷量较大，离坑远的晚，其湿陷量也小。湿陷量、耗水量与浸水时间的 关系总体上表现为：随浸水时间的增加，总耗水量、湿陷量增大：停水后， 水量不增大，湿陷量仍在增大，最后至沉降稳定。 有关湿陷量时间关系曲线见图3 1 3 。可以看出：浸水期间，随着 浸水时间的增大，湿陷量的变化表现为以下几个阶段： 平缓i 段，浸水o 5 天内。在浸水初期，浸水坑用水量较大，车拉 供水不足，沉降量较小，一般小于5 c m 。 陡降段，浸水6 4 5 天内。在此期间，浸水坑面全部浸水，并能保汪 3 0 c m 以上的水头，湿陷量增大，达1 2 0 m 。此阶段累计湿陷量己达总湿陷 量的5 0 左右。 平缓i i 段，4 6 天停水前，湿陷速度逐渐减小，湿陷量时间关系 曲线又趋平缓，直至沉降相对稳定。 停水期间，随着停水时间的增大，湿陷量变化特征与浸水期的表现极 为相似，仪仪是湿陷量相对较小而已。 5 2 湿陷速度的变化特征 湿陷速度与浸水时间的变化特征表现为：浸水初期，坑内湿陷速度快， 湿陷量也大；坑外湿陷速度慢，湿陷量相对较小，且随距坑边距离的增大 成反比关系。浸水后期( 6 0 天之后) ，坑内点的湿陷速度减小，坑外点的 里圭垄三垄童三堡壁主耋堡垒圣 湿陷速度随浸水时间有增大的趋势，直至停水前，坑内点的湿陷速度呈相 对稳定趋势，坑外点的湿陷仍在发生，湿陷速度仍有变化。 停水后，坑内、外各点湿陷速度时间的变化特征与浸水期基本相似。 湿陷速度浸水时间关系曲线见图1 4 2 3 。由图可以看出：浸水期， 湿陷速度呈“小一增大一减小一趋稳”，停水后，湿陷速度的变化特征与 浸水期相似。具体为：浸水初期，湿陷速度一般小于1 0 【n f i l 昼夜，第6 4 5 天，湿陷速度最快，4 5 天之后，湿陷速度逐渐减小，直至沉降稳定， 坑内各个点的沉降量维持在2 3 m d 的基础上变化不大。8 月底( 浸水约 6 5 天) 以前的沉降较大，9 月底( 浸水约9 5 天) ，沉降逐渐减小，平均为 2 7 2 m m d ，1 0 月底，沉降为2 5 m m d ，此后至停水( 2 0 0 1 年1 2 月5 日) 的这段时间，坑内点的沉降量基本在z o m m d 左右缓慢减小，随浸水时问 的增加，沉降量有减小之趋势，但不十分明显。停水后1 0 天左右，湿陷 速度出现停水后的峰值，达3 0 4 0 m m 昼夜，此后又变小，渐趋稳定。 5 3 总耗水量、每昼夜耗水量浸水时间关系 总耗水量、每昼夜耗水量浸水时间关系曲线j ! 图2 4 、2 5 ，图中反 映：总耗水量浸水时间成正比关系。本次供水采用汽车拉水、管道送水 两种方法，每昼夜耗水量受人为因素影响较大，总的趋势是：浸水初期， 用水量大，耗水量不稳定；浸水后期，用水量变小，耗水量稳定。具体情 况是：l i 号泵站浸水1 6 2 天，总耗水量1 2 4 0 4 3 m 3 。该泵站实际浸水面积， 比理论面积大，这主要是由于浸水坑边塌陷沉降，坑边局部部位也被浸水， 其单位面积耗水量约为3 3 6 吨米2 。 5 4 坑外地面变形特征 随着自重湿陷的产生，在浸水坑周围陆续出现环形裂缝，如图2 、3 所示。在浸水初期，水量较小，未被完全浸水，至第7 天，浸水坑东边开 始出现裂缝，呈不连续，间断状。随着浸水时间的增加，裂缝逐渐增加， 并扩展延伸相互连接，最终发展呈环状，并逐渐扩大，形成错台。裂缝宽 度一般为2 2 l c m ，错台高差1 3 9 c m ，个别部位大于4 0 c m 。综合分析裂 缝情况，有如下几个特点： ( 1 ) 先局部，后整体。浸水坑边先局部出现裂缝，细微、不连续， 后逐渐贯通，形成环状整体裂缝。 ( 2 ) 先近后远，先密后疏，逐步扩展。裂缝发展由坑边向外延伸， 距坑边近处，裂缝较密，间距1 9 2 钿；距坑边远处，裂缝变疏，间距 2 5 4 5 m 。 ( 3 ) 浸水坑拐角处，裂缝距坑边近，间距小。直边处宽度大，且距 坑边远。 ( 4 ) 随着浸水时间的增加，裂缝发展呈“缓一快一缓一闭合”之趋 势。浸水初期，裂缝发展较缓；浸水2 5 4 0 天左右，裂缝发展最快、最 明显；以后又变缓，新裂缝在继续出现，最先出现的部分裂缝渐渐闭合。 停水前后，仍有新裂缝出现，但发展较缓慢，呈现相对稳定之趋势。 裂缝出现部位距坑边最大距离约4 5 m ，在浸水坑西侧。为此，可以认为， 渗水垂向影响深度已大于3 6 m ，达到了该土层湿陷深度之下限。 5 5 浸水坑内地面的变化特征 1 1 号泵站浸水坑内地面各测点的沉降比较均匀，沉降量差别不大。 总的趋势是浸水坑中央沉降大，东北部沉降小，其余部位处于二者之间。 坑底浸水疏干后，坑底面呈龟裂状。 6 预浸水处理效果检验与评价 6 预浸水处理效果检验与评价 6 1 检验点布置及取样试验 儿泵站在停水约4 个月之后，现场布嚣探坑3 个( 如图1 所示) 。探 坑深度1 3 m ( 自坑底面以下) ，在探坑深度范围内每米取样1 件，进行室内 常规土工试验。探坑开挖后发现，l l 泵站停水4 个月之后，1 3 m 以下的土 层仍呈饱和状态，不能取样。 6 2 检验结果及评价 6 2 1 湿陷性 根据土工试验结果，1 、l 井取样深度1 3 m ，其饱和自重压力下的自重湿 陷性系数( 6z s ) 一般均小于o 0 1 5 ，仅在l o m 深度处6z s = 0 0 1 6 ，计算 自重湿陷量z s = 1 9 c m ，小于7 c m 。2 0 0 k p a 压力下的晟大湿陷系数( 6 ) 一般也小于0 0 1 5 ，最大为o 0 2 0 ，计算总湿陷量= 6 o c m 。湿陷性基本 消除。 t 2 井取样深度1 3 m ，其饱和自重压力下的自重湿陷性系数( 6z s ) 均 小于o 0 1 5 。2 0 0 k p a 压力下的最大湿陷系数( 6 ) 一般也小于o o l j ，仅 在坑底面下1 o m 处6 = o 0 2 0 ，计算总湿陷量小于7 c m ，湿陷性基本消除。 t 3 井取样深度1 2 5 i n ，其饱和自重压力下的自重湿陷性系数( 6z s ) 均小于o 0 1 5 。2 0 0 k p a 压力下的最大湿陷系数( 6 ) 般也小于0 0 1 5 ， 仅在坑底面下l _ o m 、4 0 m 处6 o 0 1 5 ，但该部位位于泵站基底以上，可 不考虑其湿陷性。为此，可以认为该部位的湿陷性消除。 综上所述，1 1 号泵站场地浸水处理后，饱和自重压力下、2 0 0 k p a 压 力下的湿陷性基本消除。 6 2 2 压缩性及承载力 试验表明，浸水处理后的场地土层，含水量较高，孔隙比减小，孔隙 率5 0 左右，一般为粉土及粉质粘土。取样深度内土层的压缩系数、压缩 模量分别为：t l 探井，a 。，。为o 1 2 o 5 0 m p a ，e s 为4 o 1 6 8 m p a ，一 般呈中压缩性；t 2 探井，矾。：为0 1 6 o 8 1 m p a ，e s 为2 5 1 1 4 m p a ， 一般呈中高压缩性；t 3 探井，a 。，。为o 2 3 o 5 8 m p a ，e s 为3 6 8 6 m p a ，一般呈中压缩性。综上所述，并根据土工试验结果，浸水处理后 的l l 号泵站场地土层，呈中高压缩性，以中压缩性为主。其承载力标 准值为1 3 0 1 5 0 k p a 。 6 3 十一泵站地基的稳定性复核 6 3 1 基本资料 ( 1 ) 屋面荷载 经计算屋面荷载设计值为q = o 5 t m 2 ，6 m 段总荷载为 f 1 = o 5 木6 半1 2 丰1 2 = 4 3 2 t ( 2 ) 屋面梁 根据屋面梁标准图9 6 g 3 5 3 ( 五) 第5 页查得：s l l 2 2 0 8 双坡屋面梁 自重为5 1 3 t ，则荷载设计值为f 2 = 1 2 5 1 3 = 6 t ( 3 ) 外墙荷载及边柱荷载 外墙高= 6 + 3 6 + 2 1 = 1 1 7 m ，墙厚3 7 0 m m ，边柱下柱断面为0 4 0 8 ， 上柱断面为o 4 0 4 ，则6 m 段荷载设计值为： f 3 = 1 2 束2 ( 1 1 7 半o 3 7 卑6 丰1 9 + o 4 半o 8 丰9 6 丰2 5 ) = 1 4 8 t ( 4 ) 封闭圈侧墙及底板荷载 封闭圈侧墙高= 1 5 2 & o 一1 5 2 2 8 l l = 5 ，2 j 】) ，墙厚o ，6 m ：底板宽1 3 m ， 厚1 5 m ，则6 m 段荷载设计值为： f 4 = 1 2 木2 5 牢6 ( 5 2 木o 6 丰2 + 1 3 丰1 5 ) = 4 6 3 t 。：! 鬟堡垄丝堡篓鎏熊墼耋：量堡二：。! = ( 5 ) 操作平台屡荷载 操作平台屡底板厚0 ，2 m ，可变荷裁按n m 2 计算，则6 m 段荷载设计 馥为： f 5 二1 2 牵o 2 木l o 8 半6 术2 5 十i ，4 宰l 术l o 8 术6 = 1 3 0 t ( 6 ) 吊车荷载及进出水管道水衙载 l d 一1 0 t 疆车蠡重为孔，可变裁载为l 钒，进水管道管径为l 。2 m ，出 水管道管径为l ，o m ，则6 讯段祷载设计俊为： f 5 = ( 1 2 水5 + 1 4 木1 0 ) 十1 2 芈o 7 8 5 4 半1 2 “米l o 8 = 3 5 t ( 7 ) 基础顼巍的外覆土重 f 6 = 1 2 术0 。5 书( 1 5 2 7 ，8 8 i 1 5 2 z s il ) 车6 术l ，8 术2 = 6 5 t 6 3 2 基底底面她的平均雁力设计值计辫 ( j ) 基底压力l j l ? = f i f 2 ? 3 + ? 4 + f 5 + ? 6 = 唾3 + 6 + l 8 + t 6 3 】3 0 + 3 5 6 5 = 8 9 0 t ( 2 ) 韭底底面处的平均压力设计值 d = 8 9 0 ( 1 3 球6 ) = 1 1 4 t m 2 6 3 。3 地基承载力设计馕计算及稳定复核 依据建筑地基基础设计规范( ( 删7 8 9 ) ，当赫础宽度大于3 m 或 埋罾深度大于o 5 m 时，赊岩石地基外，其地基承载力设计值应按f 式计 簿： f = f 。+ n 。v( b 一3 ) + n 。y 。( d 一0 5 ) 式中 f 地基承载力没计氇 f “地基承载力标准值：依糖浸承后的工试验掇告& = 1 0 1 2 t m 2 n 。n 。基础宽度和埋深的地基承载力修正系数； 查表5 1 3 ，q 。= 0 ，q 。= i 1 y 一基底以下土的密重； y ，一基底以上土的加权平均容重：y 。= 1 8 t m 3 d 一基础埋置深度( m ) ； d = 1 5 2 7 8 6 1 1 5 2 2 8 1l + 1 5 = 6 5 5 m 贝i ：f = 1 0 1 2 + 0 + 1 1 1 8 ( 6 5 5 一o 5 ) = 2 2 2 4t m 2 因为d f所以地基是稳定的。 2 0 7 。1 沉降变形稳定标准 关于沉降变形稳定标准，湿陷性黄土地区建筑规范( g b j 2 争9 0 ) 及 泵站施工规范( s l 2 3 4 一i 9 9 9 ) 的规定为：浸水时间以全部自重湿陷黄土 爱灞陷性变形稳定为准，其稳定标准为最后j d 的e 平均瀣陷量应小予l 。 i l 号泵站地基浸水观测1 6 2 天，停水前坑内点最后5 d 的日平均沉降 擞基本在2 o m m d 左右，随浸水时问的增加，沉降量有碱小之趋势，但不 十分明显，不畿满足规范要求的稳定标准。 笔者通过对青海、甘肃、陕西等地及有关书籍、文章中关于预澄水资料 f n 查阅后认为，规范编制时所收集的预浸水试验场场地激陷性黄土层弹鹰大 多为j o 1 5 m 以下，沉酶交影稳定豹浸球附闼大多为弼8 。天左右，对于二本 二c 程舀重湿陷性黄土层厚度遮3 6 m ，若按绒范执行，势必延长工期，加大施 工赞用。 通过浸本震场地的王试验结聚i 日以看出，l 】号聚站场地浸水处理 届，饱和自重压力下、2 0 。k p a 压力下的溉隔性基本消除。主要问题为土体 含水量大，压缩性高，承载力低，这与泡水时间长，凉晒时间短有直接荚 囊。 因此笔者撬出：对于大浮浚鸯重湿陷性黄土场地，渝陷悭黄土地区建 筑规范( g b j 2 5 9 0 ) 及泵站施工规范( s l 2 3 4 1 9 9 0 ) 中关于自麓湿陷 黄土瑟湿赡性交形稳定标准，即最后j d 的朗平均湿陷量应小于l 哪的规定有 持滋一步研究。 7 2 从浸水至下沉稳定所需的时间 通过对大爨爨料的查阏，姿湿陷缝焚屡淳度为l o 1 5 m 以下时， 沉降变形稳定的浸水时间大多为j o 8 0 天左右。对于本工程自重湿陷性 黄土层厚度达3 6 m ，地基浸水观测1 6 2 天，停水前坑内点最后5 d 的日平均 沉降量基本在2 o 聊d 左右，仍不能满足规范要求的稳定标准。 因此对于大厚度自重湿陷性黄土场地，从浸水至下沉稳定的时间不能 参照以往有关书籍的介绍，错误的估计为6 0 、7 0 、8 0 或9 0 天，这错误 估计势必带来错误的工期安排。 7 3 总耗水量 通过对大量资料的查阅，当湿陷性黄土层厚度为1 0 1 5 m 以下时，从 浸水至湿陷稳定的总耗水量平均为5 l o 吨米2 。对于本工程白重湿陷性 黄土层厚度达3 6 m ，未达湿陷稳定的总耗水量为3 3 6 吨米。 因此对于大厚度自重湿陷性黄土场地，从浸水至湿陷稳定的总耗水量 不能参照以往有关书籍的介绍，错误的估计为l o 或2 0 吨米2 ，这一错误 估计势必带来错误的设计方案及投资估算。 7 4 停水后土体含水量变化与时间的关系 停水后由于土中水的自由下渗，土体含水量逐渐降低。根据兰州龚家 湾的实测结果，停水一个月后，含水量为2 5 左右，停水六个月后，含水 量为2 0 左右，停水一年后，含水量为1 5 左右。根据本工程实测资料， l l 泵站停水四个月后，1 3 m 以内土体含水量为1 5 2 5 左右，1 3 m 以下土 体含水量呈饱和状态。1 0 泵站2 0 0 1 年6 月2 日开始浸水，2 0 0 1 年1 0 月 2 4 同停水，达到湿陷稳定的总浸水时间1 4 2 天，2 0 0 2 年3 月3 0 日实测最 大湿陷量为9 3 c m ，2 0 0 2 年4 月1 9 日( 停水1 7 8 天后，相当于六个月后) 挖至地下4 m 时，地基处于饱和状态。 因此对于大厚度自重湿陷性黄土场地，停水后土体含水量变化与时间 的关系，虽然呈逐渐降低，但降低的快慢差异很大，如1 0 泵站停水六个 月后土体含水量仍处饱和状态，若按常规的经验指导设计或安排工期，势 必造成错误的设计方案或工程投资的增加。 7 5 预浸水处理的适用条件 预浸水法一般适用于湿陷性黄土厚度大，湿陷性强烈的自重湿陷性黄 土场地。由于浸水时场地周围地表下沉开裂，并容易造成“跑水”穿洞， 影响附近建筑物的安全，所以在空旷的新建地区较为适用。在已建地区采 用时，浸水场地与己建建筑物之间要留有足够的安全距离。浸水坑与已有 建筑物的净距，当地基内有隔水层时，应不小于湿陷性黄土层厚度的3 倍； 当不存在隔水层时，应不小于湿陷性黄土层厚度的1 5 倍。 此法用水量大，工期长。处理l 米2 面积需用水5 3 0 吨。一个场地 从浸水起至下沉稳定及土的含水量降低到定要求时所需的时间，至少需 要1 年左右。因此，预浸水只能在具备充足水源，又有较长施工准备时间 的条件下彳能采用。 7 6 预浸水处理地基应注意的主要问题 笔者根据l o 、1 1 泵站地基预浸水处理设计、施工的经验，认为大厚度 自重湿陷性黄土预浸水处理应注意的主要问题为： ( 1 ) 尽快实施预浸水处理施工，以便为停水后土体含水量的降低提供 充足的时间，以提高地基的承载力，减小地基的变形量。 ( 2 ) 对大厚度自重湿陷性黄土预浸水处理所需的总耗水量：沉降变形 稳定标准：从浸水至下沉稳定所需的时间：停水后土体含水量变 化与时间、承载力、压缩性的关系等应有一个清醒的认识。 8 结论与展望 8 1 结论 本文通过对1 0 、1 l 泵站地基预浸水处理没计、施工、观测试验等工 作的参与、组织，通过深入分析陕、甘、宁、青等省若干个湿陷性黄土场 地预浸水处理的有关资料，对大厚度自重湿陷性黄土预浸水处理提出以下 主要结论： ( 1 ) 对于大厚度自重湿陷性黄土场地，湿陷性黄土地区建筑规范 ( g bt 2 5 9 0 ) 及泵站施工规范( s l 2 3 4 1 9 9 9 ) 中关于自重 湿陷黄土层渝陷性变形稳定标准，即最后5 d 的日平均湿陷量应 小于1 m m 的规定有待进一步研究，可以修改为最后5 d 的只平均 湿陷量应小于l 2 m m 。 ( 2 ) 大厚度自重湿陷性黄土场地，从浸水至下沉稳定的时间不能参 照以往有关书籍的介绍，错误的估计为6 0 、7 0 、8 0 或9 0 天， 这一错误估计势必带来错误的工期安排，其下沉稳定晌时问可 能为1 2 0 、1 4 0 、1 6 0 或1 8 0 天。 ( 3 ) 对于大厚度自重湿陷性黄土场地，从浸水至湿陷稳定的总耗水 量不能参照以往有关书籍的介绍，错误的估计为l o 或2 0 吨 米：，这一错误估计势必带来