湿陷性黄土地区排水工程设计要点分析.pdf

1 5 4 防洪排水 城 市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 湿陷性黄土地区排水工程设计要点分析 李 彤 ， 石 红 ( 上 海市 政交 通设 计研究 院 有限公 司 ， 上海2 0 0 0 3 0) 摘要 ： 湿陷性黄土场地作为特殊不良土层 ， 对排水工程有着重要影响。 充分了解湿陷性黄土的特性及湿陷性黄土场地的不同处 理方法， 有助于排水工程的优化设计， 对工程实施有着重要的指导意义。该文以大同市部分湿陷性黄土场地的工程案例对排水工 程设计要点进行分析。分析结果可为湿陷性黄土地区的排水工程设计提供参考。 关键词 ： 湿陷性黄土； 排水； 设计要点 中图分 类号 ： T U 9 9 2、 P 6 4 2 ． 1 3 1 文 献标识 码 ： B 文 章编 号 ： 1 0 0 9 — 7 7 1 6 ( 2 0 1 3) 0 8 — 0 1 5 4 — 0 4 0前言 我 国国土广袤 ，幅员辽 阔 ，地质情况复杂多 变， 各类基坑、 管线等地下工程在施工中经常遇到 流砂 、 淤泥、 湿陷性黄土等不 良土层 ， 给工程的顺 利开展制造 了不同程度的障碍 。如何在不 良地质 条件下合理地确定设计及施工方案，已经成为工 程建设者们重视并认真思考的问题。 湿陷性黄土作为一种特殊不良土层 ，对地下 工程 的施工有着重要影响 ，为解决在该土层施工 时可能遇到的各种问题 ，建设部专门颁布了国家 标准 《 湿陷性黄土地 区建筑规范》 ( G B 5 0 0 2 5 ～ 2 0 0 4 ) 用 于指导设计 和施工 。此外 ， 在 给水排水 工 程领域 ， 为确保管道敷设安全可靠， 建设部另行批 准了 0 4 S 5 3 1 系列 国家标准图集 ，为工程实施提供 了针对 性的技术指标 和施工要求 。本 文以山西省 大同市部分湿陷性黄土场地排水工程为例，对设 计要点进行分析。 1 大同市湿陷性黄土分布范围 大同市地处山西省最大盆地——大同盆地， 该 盆地位于山西省境北部 ，边缘为冲沟分割的黄土 台地和缓坡黄土丘陵 ，向中心依 次为冲沟分割 的 洪积台地 、 洪积倾斜平原 、 湖积冲积平原 、 河谷冲 积平原等地貌类型。 ．许芳[1]对大同市湿陷性黄土的分布进行 了分 析 ， 大同盆地边山一线黄土由于上部缺少覆盖层 ， 一 直处于欠压实状态， 孑 L 隙度大， 加上北方气候干 旱、 降水稀少， 自然湿陷过程在这种环境中很难顺 利完成 ， 因此中等湿陷性黄土遍布盆地中西部 ， 口 泉、 平旺一带还分布有强湿陷性黄土 ， 其以自重性 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 0 5 — 1 6 作者简介 ： 李 彤 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 黑龙 江宾 县人 ， 高 级工 程 师 ， 从 事给排水工程设计工作。 湿陷性为主要特征、湿陷系数高达 0 ．0 9以上。此 外， 市区新添堡、 周家店一线还分布有以冲积 、 风 积为主的强湿陷性黄土， 而随着近年资料的积累， 调查 还发现沿大同市十里河 与御 河之 间的河 间地 块也有片状强湿陷性黄土分布。 2 湿陷性黄土物理性质及主要分类 湿陷性黄土颗粒主要由砂粒、粉粒和黏粒组 成 ， 这些颗粒一般呈 骨架式接触 ， 并形成具有 一定 强度 的固化联结键 ， 从而构成微结 构单元 ， 宏 观上 则表现为多孑 L 疏松、欠压实的特性。在干燥状态 下， 其孑 L 隙中的毛细水和空气产生弹性变形， 在结 构强度未被破坏时会表现为压缩性低 、强度高 的 特性， 危害性一般不易察觉。但当遇水导致含水量 增大到一定程度 时 ， 湿陷性黄土会表现 出屈服 、 软 化 、 塑性变形等性状且变形速率很大， 从而产生地 基湿陷， 对上部建( 构) 筑物造成结构性破坏。 通过对湿陷性黄土的孔隙比、 天然含水量、 饱 和度 、 液限等物理性质和结构性 、 欠压实性 、 压缩 性 、 抗剪强度等力学性质综合比对 ， 可以对湿陷性 黄土作以下分类[2 1。 2 ． 1 湿 陷性、 湿 陷程度的判定 根据我 国黄土地 区的工 程实践经验 ，当湿 陷 系数 8 S ≥0 ． 0 1 5 时， 可判定为湿陷性黄土， 其中： 0 ． 0 1 5 ≤ 8 S ≤0 ． 0 3时 ， 湿陷性轻微 ； 0 ．0 3 <6 S ≤0 ． 0 7时， 湿陷性中等； 0 ．0 7 6 0 0 ra m， 自重湿陷量的计算值 8 >3 0 0 ram 时， 可判 定为 Ⅲ级 ， 其他情 况可判 为 Ⅱ级 。 3 湿陷性黄土场地的一般处理方法 根据《 湿陷性黄土地区建筑规范》 中的具体要 求和相关研究文献报道【 ， 湿陷性黄土场地一般采 用 以下几种方法对地基进行处理。 3 ． 1 换土垫层法 换土垫层法包括土垫层和灰土垫层 ，通过挖 除地基下全部或设计深度的湿陷性黄土，以灰土 ( 或素土) 回填并分层夯实后 ， 就可以消除垫层范 围内的湿陷性 。 该法处理厚度一般 为 1 ～3 m， 是浅 层处理湿陷性黄土地基的传统方法 ，具有因地制 宜、 就地取材、 施工简便和效果明显等特点。采用 该法时， 需对地基土的最优含水量进行严格控制。 3 ． 2 强夯法 强夯法是通过重物 自由落下夯击地面的方式 对土层强度进行加强 ，从 而消除湿 陷性黄 土的湿 陷性 ， 其处理厚度一般为 3 —1 2 m， 是当前地基加 固方法中最为经济、 简便的方法之一。 采用该法时需注意控制拟夯实土层 的含水 量 ，可通过增湿或减湿 的方法 使其接近最优含 水 量以防止橡皮土 的形成 。 3 ． 3 挤密法 挤密法 处理厚度一般 为 5～1 5 m， 是指在预定 位 置布桩 成孔后 ， 在 桩孑 L 中填入灰 土 ( 或 素土 ) 并 分层夯实，通过在成孔或桩体夯实过程中形成横 向挤压作用 ， 挤 密桩间土体 ， 从而改变土层 的湿 陷 性 ， 提高土体承载能力。 3 ． 4 预浸水法 预浸水 法适用 于湿陷性强 、土层厚度 大的黄 土场地 ， 通过对场地大面积浸水， 让土体在饱和 自 重应力的作用下， 提前湿陷并压密， 从而消除施工 场地的湿陷性。该法对场地开阔性要求高、 用水量 大 ， 施工期长 ， 一般在水源充足， 施工准备时间长 的情况下才加以采用， 其上部( 6 m以上 ) 土体还应 采用垫层或其他方法另行处理。 4 湿陷性黄土场地 中排水工程的处理方法 与一般建筑类工程采用大面积处理地基的方 式不同，排水工程只需对沟槽范围内的地基进行 处理 即可 ， 因此通常采用换土垫层 法 、 强夯法来消 除土层湿陷性 ， 同时通过对管道基础的强化 ， 确保 管道不会因地基湿陷而发生不均匀沉降、错位甚 至断裂。 ． 结合《 湿陷性黄土地区给水排水管道基础及接 口》 ( 国家标准图集 0 4 S 5 3 1 — 1 ) 中的相关做法 ， 湿陷 性黄土场地 中排水 工程地基处理 的方法主要 采取 土垫层 +灰土垫层的方法 ， 即 ， 管道基础 以下 自下 而上分别敷设 1 5 c m( 或 3 0 e m) 土垫层 、 3 0 c m3： 7 灰土垫层， 分层夯实后再敷设管道基础， 如图1 所示。 图 1 湿陷性黄 土场地排水 管道地 基处理示 意图( 单位 ： mm) 该法是湿陷性黄土地区排水工程较为广泛应 用的方法 ， 能够较好的满足工程需要。 2 0 1 2年实施 的大同市口泉中心区横一路 、 纵四路、 纵六路等均 采用了该种方法。根据设计资料及地质勘察报告 结论 ， 该地区排水管道基础所处土层或为 I 级( 轻 微 ) 非 自重湿陷性场地， 或为 Ⅱ级( 中等) 自重湿陷 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 5 6 防洪排水 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 性场地 ，实际施工 时均采用 了土垫层 +灰土垫层 的处理方法 ， 工程实施效果较好。 此外 ， 除上述土垫层 +灰土垫层法外 ， 王晓晋[ 4 1 还提 出了其 他几种处理 方法 ： ( 1 ) 夯 实法 ， 即将 管 道下的土层原土翻松 ， 洒水后夯实整平 ， 管道敷 设 在经过夯实 的地基上 ，夯实厚度为 2 O 3 0 c m， 密 度大 于 1 ． 6 g ／ c m。 ； ( 2 ) 土垫 层法 ， 即将管 道下 的土 层挖出， 配成最佳含水量后， 再分层回填夯实至设 计标高 ， 实干密度大 于 1 ． 6 g ／ e m ； ( 3 ) 地沟敷设 法 ， 即整个管道敷设在地沟内，两端设检漏井便于检 修。上述几种方法在工程实践中都有所运用 ， 并取 得 了一定效果。 5 湿陷性黄土场地排水工程设计要点 湿陷性黄土场地排水工程设计 时 ，应严格 遵 守相关设计规范及规程 ， 并结合工程 自身特点、 湿 陷性黄土的湿陷类型及湿陷等级进行设计 ，现以 大同市口泉中心区横一路、 纵四路、 纵六路等排水 管道工程为例。 5 ． 1 垫层的作用及一般做法 上述工程 中的管道基础所在土层分别 为 I级 ( 轻微) 非 自重湿陷性场地和Ⅱ级( 中等) 自重湿陷 性场地，工程中采用了土垫层 +灰土垫层法对地 基进行处理 。 土垫层主要作用是加强地基承载力、消除地 基持力层下部土体湿陷性。当场地为 I 级( 轻微) 非 自重湿 陷性场地 时 ， 土垫层厚度 为 1 5 c m， 场 地 为 Ⅱ级 ( 中等 ) 自重湿陷性 场地时 ， 土 垫层厚度 为 3 0 e m， 压实系数均不小于 9 5 ％。土垫层做法可分 两种 ， 一种是原土压实 ， 即将设 计厚度的原土翻松 后重新洒水夯实 ； 一种是原土换填 ， 即将设计厚 度 的原土挖 出， 另换填素 土、 砂或砾石砂等 良质土后 分层夯实。 灰土垫层主要作用是板结后形成隔水层 、 防 止垫层 以下土体遇水湿陷 ；消除地基持力层上 部 土体的湿陷性， 防止管道基础发生不均匀沉降， 该 层 厚度 为 3 0 e m。灰土垫 层 比例 一般 为 3： 7或 2： 8 ， 石灰及黄土现场拌合均匀后分层夯实 ， 压实 系数不小于 9 5 ％。 5 ． 2 沟槽回填的处理 上述工程的沟槽回填根据管材分别选用了不 同的回填方案， 即管材为钢筋混凝土管时 ， 采用良 质土回填至道路结构层底 ， 管材为塑料管时， 采用 中粗砂 回填至管顶 以上 5 0 e m， 往上采用 良质土 回 填至道路结构层底。 值得注意的是， 湿陷性黄土场地中， 塑料管材 采用中粗砂回填时，为减少对沟槽两侧土体和路 床的影响， 应避免使用水冲法对回填土进行密实， 而应选择影响较小的洒水夯实法进行密实。 5 ． 3 管道和检查井接 口的处理 防水是湿 陷性黄 土场地中排水管道施工 的重 要环节 ，因此应特别重视管道和排水检查井接 口 间的处理问题 。 为加强接口密封性 ，口泉中心区横一路等工 程 中采用 了聚硫密封膏密封方式 ，通过 内置双组 份聚硫密封膏 ，外嵌沥青麻丝的方式实现密封 作 用 ， 如图 2所示 。 图 2 管道与检 查井接 1： 3 密封示 意图( 1) ( 单位 ： mm 】 除上述处理方法外， 《 湿陷性黄土地区排水检 查井》 ( 国家标准图集 0 4 S 5 3 1 — 5 )中还提出了另一 种处理方法 ， 即采用防水套管进行密封衔接 ， 如图 3所示 。 图 3管道与检查 井接 E l 密封示意 图( 2) ( 单位 ： mm ) 上述接 口方式对湿陷性黄土地区的管道与检 查井 的接 口密封均有较好效果 ，可结合具体工程 的实际情 况有针对性 的选用 。 5 ． 4 管道和检查井衔接处的基础处理 湿陷性黄土场地中，除管道基础以下的土体 需进行处理外， 检查井基础以下的土体也需处理， 以便消除其湿陷性。由于管道和检查井基础标高 并不在同一平面 ，因此其衔接处的基础处理在设 计 中也应予 以考虑。 口泉中心区横一路等工程中采用了图 4的处 理方式， 即通过一定的放坡 比例( 1 ： 1 ) 衔接管道和 构筑物土垫层及灰土垫层 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 城 市道桥 与防洪 防洪排水 1 5 7 图 4 管 道与检 查井基础衔 接示 意图 通过上述处理 ， 可 比较完整 的消除管道及 检查 井线路上的湿陷性， 从而避免不均匀沉降的发生。 6 结 语 ( 1 ) 湿陷性黄土场地作为特殊不良土层 ， 对排 水工程 的施工有着重要影 响 ， 设计 前应对湿陷性黄 土场地进行充分 了解 ， 根据其 湿陷类型 、 湿陷级 别 确定合理设计方案。 ( 2 )湿陷性黄土场地排水工程设计过程 中， 设 计人员应熟练掌握其地基处理、管道基础、接 口、 沟槽回填等各道关键工序， 了解湿陷性黄土场地对 其影响 ， 并提出合理的解 决方案。 参 考文献 [ 1 ] 许芳， 浅析大同市黄土的湿陷性f J 1 ． 内江科技， 2 O o 6 ， ( 0 6 ) ： 9 3 ． 【 2 】 工程地质手册( 第四版) 【 M 】 ． 北京： 中国建筑工业出版社， 2 o o 6 ． [ 3 】 G B 5 ~2 5 — 2 o 0 4 ， 湿陷性黄土地区建筑规范【 s 】 ． 【 4 】 王晓晋， 给排水管道在湿陷性黄土地区的防水设计[ J 】 ． 山西建 筑 ． 2 o 0 2 ． 2 8 ( 5 ) ： 9 4 — 9 5 ． 杭州现“ 全国最深” 1 2 层地下停车库 杭州 一个房产项 目利用裙楼地面挖出近 4 0 m深的地下车库 ， 号称 “ 全 国之最 ” 。在 5 0 0 m 的地 面下 造出 1 2 层、 2 0 0多个车位， 不仅可满足业主停车需要， 还富余不少车位， 可供社会车辆使用。开发商称， 老 小区、 办公楼等已建成项目， 一般都有通过开挖地下车库缓解停车难的可能。 2 0世纪 9 0年代末 ， 浙江荣邦房地产开发有限公司中途接手杭州市区“ 水岸莲花” 项目。 该项目占地仅 4 8 0 0 m 2 ， 由 1 幢 2 4 层主楼和 l 幢 7 层裙楼组成。2 0 0 8 年 9 月， 主楼结顶， 规划停车位 9 0余个 ， 考虑到可 能无法满足未来需求， 开发商酝酿利用未开建的裙楼位置开挖近 4 0 m深的地下车库。 由于地下车库位置原是鱼塘， 又紧靠 2条交叉成十字的干道和宽 1 8 m、 深 9 m的莲花港河， 考虑到 施工不当可造成主楼、 干道位移以及河水倒灌等， 有关部门迟迟未批。 经两年论证以及开发商对安全施工采 取的各种保障措施， 地下车库于 2 0 1 0年 4 月获批开工。为保安全， 桩基一直打到地下 4 5 m ( 人岩 1 ． 5 m) ， 再一层层往下做了7道维护支撑 ； 做完基础筏板后， 将 7 道支撑 自下往上拆除。原计划 2 0个月的工期延 长至 3 0个月， 至今年 1 月才完成施工， 计划明年底与项 目 一起通过验收后投用。预计投用后至少能富余 8 O ～ 9 0个车位 ， 可向社会提供收费停车服务。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m