基于防排水措施的灰场深厚湿陷性黄土地基处理

第1o卷第1期中国水利水电科学研究院学报Vo1．10No．12012~3，月JoumalofChinaInstjtute0fWaterRes0uTcesandHydropowerResearchMarch,2012文章编号：1672—3031(2012)01—0077—04基于防排水措施的灰场深厚湿陷性黄土地基处理李毅男，张权1，李维朝，(1．国核电力规划设计研究院，北京100094；2．中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京100038；3．中国水利水电科学研究院岩土工程研究所，北京100038)摘要：通过对黄土产生湿陷的内、外因素分析，认为黄土产生湿陷的内因是黄土的结构性，外因是浸水与压力，因此在深厚湿陷性黄土地基处理中，通过一定的防、排水措施可以减弱或消除黄土产生湿陷的外因，从而避免黄土地基浸水湿陷。本文以山西王曲电厂灰场深厚湿陷性黄土地基的防排水处理措施为例，在分析黄土湿陷性机理的基础上，对该灰场深厚湿陷性黄土地基处理的设计思路及设计方案进行了介绍，可为今后相似工程地质条件下的工程设计提供有益的参考和借鉴。关键词：黄土；干灰场；地基处理；湿陷性中图分类号：TV411．5文献标识码：A1前言湿陷性黄土在我国西部、中部等较大区域范围内普遍存在。在一定压力作用下，浸水后的湿陷性黄土结构会遭受破坏，从而发生显著的附加下沉现象⋯，会导致坝基沉陷、坝体开裂等严重影响灰场坝体运行的病害。近年来，随着我国经济的发展、西部大开发战略的实施，我国在湿陷性黄土地区筹建的电厂工程项目也越来越多，并且工程建设由低阶地向高阶地发展，做为地基的湿陷性黄土厚度不断增大，如宝鸡第二电厂地基的湿陷性黄土厚18．2m，蒲城电厂地基的湿陷性黄土层厚35．0m。随着湿陷性黄土覆盖层厚度的增大，地基处理的深度和难度也越来越大，但相应的深厚湿陷性黄土地基处理设计经验较少，如何在深厚湿陷性黄土地基上建设灰场成为困扰设计人员的难题之一。山西王曲电厂干灰场建于深厚湿陷性黄土地区，在地基处理过程中，综合考虑各种湿陷性黄土地基处理方法的特征和适用性后，选用了相对经济的基于防排水措施的地基处理措施。经该措施处理后的灰场在建成并投入运行4年后，未发现因黄土地基湿陷而产生的病害问题，这表明防排水措施对深厚湿陷性黄土地基处理是有效的。本文以该灰场深厚湿陷性黄土地基的防排水处理为例，在分析黄土湿陷性机理的基础上，对该灰场深厚湿陷性黄土地基处理的设计思路及设计方案进行分析，可给今后相似地质条件下的工程设计提供有益的参考和借鉴。2黄土湿陷性机理及处理湿陷性黄土是以粒状、点接触、架空孔隙为主的结构，从骨架结构单元的连接看，点接触的接触面小，集粒间包裹的黏土膜或盐晶膜较薄，浸水时水膜的楔入和部分盐晶的溶解会使连接强度削弱、结构破坏，发生湿陷；从骨架单元的排列方式看，黄土骨架单元堆积成的架空孔隙在水和力作用下容易使孔隙周围的颗粒落人孑L隙内而发生湿陷。由此可以看出，致使黄土产生湿陷的因素有内外两类：内因是黄土的特殊结构性，即黄土颗粒的排列方式和联结方式；外因是浸水与压力，是收稿日期：2011-04—28基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目(2009BAK56BO4)，中国水科院科研专项岩集0933作者简介：李毅男(1971一)，男，山东济南人，教授级高级工程师，主要从事电厂水工结构设计研究。E—mail：liyinan@snpdfi．corn一77—基于防排水措施的灰场深厚湿陷性黄土地基处理李毅男张权李维朝诱发黄土产生湿陷的因素。在工程设计中，当湿陷性黄土厚度较小时，一般采用开挖处理，但当湿陷性黄土厚度略大时，就必须采取一定的治理措施。当前对湿陷性黄土地基的处理主要是从黄土湿陷的内因着手，常用的方法有垫层法、夯实法(强夯、重夯)、挤密法、预浸水法以及化学加固法等。这些方法主要是通过强夯、施加添加剂等改性手段，破坏黄土骨架的排列方式，增加密度，从而削弱乃至消除黄土的湿陷性，或通过碎石桩、灰土挤密桩等地基加固手段对湿陷性黄土地基进行加固。这些手段，往往视工程规模而定，经济造价较高，施工时间较长。并且垫层法、强夯法、挤密法等手段可处理的黄土的深度有限，一般只能消除基底下埋深10～15m地基土的湿陷性。黄土产生湿陷受内外两类因素的影响，因此除了上述从黄土湿陷内因着手的方法来对深厚湿陷性黄土进行治理外，还可以从黄土产生湿陷的外因着手，即将黄土与其湿陷诱发因素隔绝，如通过排水、封闭等措施，隔绝地表水或地下水浸入黄土地基，避免湿陷性黄土浸水，从而消除黄土产生湿陷性的触发条件。该类方法经济造价相对较低，施工时间较短，但在工程实际应用中较少。在湿陷性黄土地基的处理设计中，不应单把全部湿陷性土层受到浸水时的最大湿陷量作为地基设计的目标，而应当是以防止湿陷性黄土地基发生湿陷事故为目标，并