（水利工程专业论文）黄河非汛期径流预报方法研究.pdf

摘 要 摘 要 本文通过对 11 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 5d 的日平均湿陷量应小于 12。（2）从浸水至下沉可能 为 120、140、160 或 180 天。 （3）从浸水至湿陷稳定的总耗水量 可能为 2040 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。 1 1 导论 1 导论 1.1 问题的提出及意义 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 37.7m3/s，设计灌溉面积 130 万亩，年用水量 5.1 亿 m3，计划搬迁安置移民 67.5 万人。在 国家计划发展委员会下达的 1999 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 102 个重点建设项目之一。 固海扩灌灌区水利骨干工程有泵站 12 座，其中自重湿陷性 场地约占 1/3，湿陷性土层厚度最深达 2536m 左右，黄土湿陷量 高达 200cm，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 25m，十一泵站场 地湿陷性土层厚达 36m，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 正常使用，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。根据本工程有关特点，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，综合陕、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 根据试坑浸水试验结果表明：面积较大的试坑具有较大的自 重湿陷量，面积相近的试坑，其湿陷量基本相近，试坑的形状对 2 湿陷量影响较小。当浸水坑尺寸大小等于湿陷性土层厚度时，由 于消除了侧边土阻力的影响，方可使自重湿陷充分发生，即试坑 的最佳尺寸应等于湿陷土层的厚度且不小于 10m。 浸水试坑尺寸对自重湿陷影响 表 1 浸水试坑尺寸对自重湿陷影响 表 1 试验地点 试坑尺寸（m） 实测自重湿陷量 （cm） 陕西富平张桥场地 （非敏感性黄土） 1010 55 22 20.7 0 0 陕西合阳东王场地 （敏感性黄土） 1010 55 2.52.5 47.7 18.2 15.2 兰州东岗地区 （敏感性黄土） 1010 5（圆坑） 22 87.0 57.1 44.6 摘自黄土力学与工程刘祖典编著 2） 土体湿陷开始时间、湿陷高峰出现时间与最大湿陷速率与试 坑大小的关系 根据试坑浸水实验成果显示：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出现在浸水 后的第 23 昼夜。此前，由于水的浸入深度逐渐加大，土的加固 性结构逐渐破坏，故湿陷速率逐渐加快；此后，由于土又不断密 实，深层浸水的影响相对较小，湿陷速率又逐渐减小，直至达到 稳定或缓慢的蠕变变形。 青海吉家湾场地不同尺寸试坑的湿陷速率（mm/d） 3 表 2 试坑 尺寸 第 1 日 第 2 日 第 3 日 第 4 日 第 5 日 第 10 日 第 15 日 第 20 日 第 25 日 第 30 日 第 35 日 第 40 日 第 50 日 1 7 7 2 3 3 1 1 4 6 1313 9 6 4 8 335072 6759 228 7 6 4 3 3 2 12 6215793 6353 137 5 1 2 1 1 1 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，湿陷量亦愈大，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 4070%发生在 10 天之内，90%发生在 50 天 之内，停水后的附加湿陷量不到 10%，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 ，试坑在浸水 12 昼夜时，坑边向外 0.31.0m 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，间距由小于 0.5m3.0m，距坑边处最大，可达 0.4m，最大的 深度为 5m 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 16 个月后的测试表明，土的干容 重提高约 11%，压缩性降低 33%，c 值增大了 63.6%，值变化甚 微，垂直渗透系数减小 13 倍，此时自重湿陷基本消除。 4 1.3 本文研究的目的和内容 1.3 本文研究的目的和内容 本文在深入分析陕、甘、宁、青等省若干个湿陷性黄土地基 预浸水处理有关资料的基础上，结合宁夏扶贫扬黄一期工程固海 扩灌灌区 11 泵站预浸水处理设计、施工及观测试验的结果，试图 寻求类似本工程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）湿陷量与浸水时间的关系； （2） 湿陷速率的变化特征； （3）总耗水量、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 及承载力； （6）预浸水处理地基的适用条件及效果探讨。 以上问题的解决将为大厚度湿陷性黄土预浸水处理的合理设 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。 5 2 十一泵站工程概况 2 十一泵站工程概况 2.1 工程简况 2.1 工程简况 十一泵站技施阶段主要技术指标详见表 5。 技施阶段十一泵站设计主要技术指标表 表 5 指标 项目 单位 技施阶段 控制灌溉面积 万亩 19.5416 本站灌溉面积 万亩 8.8419 设计流量 m3/s 5.86 净扬程 m 33.209 总扬程 m 36.338.6/37.8 型号 32sa-10d 500s35) 单机流量 m3/s 21.88/0.51 单机轴功率 kw 859849/228 装机台数 台 4/2 运行台数 台 3/2 水 泵 安装高度 m -1.08/-1.515 型号 y630-10 y400-6 容量 kw 1000/400 电压 kv 6 电 机 台数 4/2 总装机容量 kw 4560 设计运行容量 kw 3560 设计运行轴功率 kw 3017 总负荷 kw 3806 6 2.2 站址地质概况 2.2.1 工程地质条件 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，地面平坦开阔，高程 15291560m，勘探竖井深 30 41m，未见地下水位，据民井调查地下水位埋深大于 60m。勘探深 度范围内的地层由上到下分为两层，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，层厚 36.5m，层底 高程 1495.51m。壤土，第四系上更新统冲积层，棕黄色-浅红色， 硬塑，稍湿，层厚大于 15.0m。 2.2.2 土层的湿陷性 2.2.2 土层的湿陷性 从室内土工实验资料分析可看出：黄土属自重湿陷性土，壤 土属非湿陷性土，湿陷性黄土层厚 36.5m，地表向下 018m，土 层的一般湿陷系数s=0.030.07，属中等湿陷性土；地表向下 18.036.5 土层的湿陷性系数s0.03，属轻微湿陷性土，湿陷 性土层的下限高程 1495.51m。 2.2.3 地基土层的湿陷类型和等级 2.2.3 地基土层的湿陷类型和等级 十一泵站浸水前的湿陷性（自重湿陷量从自然地面算起，总 湿陷量从自然地面下 1.5m 算起，对 10m 以下土层湿陷量的计算一 般取其饱和自重压下的湿陷系数）见表 4。 湿陷性评价表 湿陷性评价表 湿陷量（cm） 探井 编号 湿陷 深度 （m） 200kpa 下最 大湿陷系数 最大自 重湿陷 系数 200kpa饱和自 重 湿陷性 评价 t1 36 0.11 0.063 139.20103.08 t2 35.5 0.094 0.070 140.46115.68 自重湿 陷级 由上表，该场地湿陷性土层下限深度大于 36m，在 200kpa 压 力下的最大湿陷系数 0.110， 饱和土自重压力下的最大自重湿陷系 7 数0.068。 最大总湿陷量大于140.46cm， 最大自重湿陷量115.68cm。 据湿陷性黄土地区建筑规范gbj25-90 评价，该场地为自重湿 陷性场地，湿陷等级级，湿陷程度严重很严重。 2.3 工期要求 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 2002 年底保证主体工程施工完成。 8 3 予浸水处理设计 3 予浸水处理设计 3.1 设计依据3.1 设计依据 （1） 湿陷性黄土地区建筑规范 gbj2590 （2） 泵站设计规范 sl2341999 （3） 泵站施工规范 gb/t 5026597 （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3.3 设计内容 十一泵站地基为级自重湿陷性黄土， 湿陷性土层厚度36.5m, 根据湿陷性黄土地区建筑规定gbj2590，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 处理范围包括泵站主副厂房、前池及 1#镇墩，浸水坑按大于 基础四周 5m，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 36.5m，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 0.31.0m）和深层浸水孔相结合的方式。深层浸水孔间 距为 2m， 孔径为 100150mm， 孔深为 26m （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 9 浸水后第 15 天，每天观测 2 次；第 630 天，每天观测 1 次；第 3045 天，每 2 天观测 1 次；第 4570 天，每 5 天观测 1 次； （4） （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，重新评定地基的湿陷性。 10 4 预浸水处理施工 4 预浸水处理施工 4.1 进场放线 4.1 进场放线 11 泵站预浸水施工于 2001 年 6 月 9 日进场，进行了必要的准 备工作，10 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 4.2 土方开挖及设备 土方开挖设备于 2001 年 6 月 12 日进场，6 月 15 日结束，历 时 4 天。 设备：装载机 1 台，推土机 1 台，翻斗车 5 辆。 土方量：4982m 3。 4.3 深层浸水孔施工及设备 4.3 深层浸水孔施工及设备 11 泵站深层浸水孔于 6 月 18 日开始施工，6 月 25 日结束，历 时 8 天。 设备：俄式 xj300 型空压钻机 2 台，普通汽车钻 1 台。 工作量：深层浸水孔 800 个，间距为 2m，孔径为 100150mm， 孔深为 26m，总进尺 20880 m。泵站坑内共填碎石 105m 3，其中浸 水孔内填料 97 m 3，坑内进水口填料 8m3。 4.4 湿陷变形观测点设置 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 1 所 示） ，间距 6m。坑内共布设 57 个观测点。坑外观测点按 2001 年 6 月 28 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，10m 之内， 11 1m 布点 1 个；1040m，2m 布点 1 个。依现场条件，目前布 点 60 个，根据沉降情况，适当增加。 4.5 浸水 4.5 浸水 11 泵站于 6 月 25 日作好了浸水前的一切准备工作，并进行了 试浸。6 月 26 日上午 9：00 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 510cm 水头。浸水第 7 日（7 月 2 日） ，坑内水头达 30cm。除 6 月 28 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 30105cm 的水头， 供水情况基本正常。11 泵站 2001 年 12 月 5 日停水，浸水天数共 计 162 天。 4.6 观测 4.6.1 沉降观测 4.6 观测 4.6.1 沉降观测 11 号泵站地基浸水处理观测 224 天（浸水观测 162 天，停水 后观测 62 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 15 天，每天观测 2 次；第 630 天，每天观测 1 次；第 3045 天，每 2 天观测 1 次； 第 4570 天，每 5 天观测 1 次；观测情况见沉降成果表。 11 号泵站停水前，坑内沉降量 127.5188.6cm，平均 167.7cm，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 155.1cm；停水后，坑内沉降量 16.285.3cm，平均 47.3cm， 坑外沉降量 16.8cm。 浸水前后累积沉降量： 坑内 163.0 261.1cm，平均 215.1cm，坑外沉降量最大值 169.2cm。 4.6.2 异常现象及坑周裂缝观测 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 12 时间、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 4.6.3 水量观测与计量 11 泵站注水先采用汽车拉水，共拉水 24 天，24 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，该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 25.6m3/小时左右波动，其数值差别不大。本次注水 2001 年 6 月 26 日开始，2001 年 12 月 5 日结束，共计浸水 162 天。总注 水量 124043m 3。 4.7 停水条件及稳定标准 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 630 天，湿陷速度最快，30 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 23mm/d 的基础上变化不大。8 月底（浸水约 65 天）以前的沉降较大，9 月底（浸水约 95 天） ， 沉降一般为 2.5mm/d，此后至停水（2001 年 12 月 5 日）的这段时 间，坑内点的沉降量基本在 2.0mm/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gbj25-90 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 13 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gbj25-90 中规定的预浸水法稳定标准， 最后 5 天的平均沉降量 1mm/d 是参照兰州东岗浸水试验资料确定 的，其场地条件是 10m 左右的黄土层。针对 11 泵站场地，其湿陷 性土层厚度 36m，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 10m 左右，在浸水状态下，预压荷载已超过 200kpa， 该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。 14 5 预浸水处理观测结果分析 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 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 313。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： 平缓段， 浸水 05 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 5cm。 陡降段，浸水 645 天内。在此期间，浸水坑面全部浸水， 并能保证 30cm 以上的水头，湿陷量增大，达 120m。此阶段累计湿 陷量已达总湿陷量的 50%左右。 平缓段，46 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，仅仅是湿陷量相对较小而已。 5.2 湿陷速度的变化特征 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（60 天之后） ，坑内点 的湿陷速度减小，坑外点的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 15 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 1423。由图可以看出： 浸水期，湿陷速度呈“小增大减小趋稳” ，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 10mm/昼夜，第 645 天，湿陷速度最快，45 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 3mm/d 的基础上变化不大。8 月底（浸水约 65 天）以前的沉降较 大，9 月底（浸水约 95 天） ，沉降逐渐减小，平均为 2.72mm/d， 10 月底，沉降为 2.5mm/d，此后至停水（2001 年 12 月 5 日）的这 段时间，坑内点的沉降量基本在 2.0mm/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。停水后 10 天 左右，湿陷速度出现停水后的峰值，达 3040mm/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 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见图 24、25， 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：11 号泵站浸水 162 天， 总耗水量 124043m 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 33.6 吨/米 2。 5.4 坑外地面变形特征 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 16 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 221cm，错台高差 1 39cm，个别部位大于 40cm。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 1.92.5m；距坑边远处，裂 缝变疏，间距 2.54.5m。 （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 “缓快缓闭合” 之趋势。浸水初期，裂缝发展较缓；浸水 2540 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 45m，在浸水坑西侧。为 此，可以认为，渗水垂向影响深度已大于 36m，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 5.5 浸水坑内地面的变化特征 11 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。 17 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 6.1 检验点布置及取样试验 11 泵站在停水约 4 个月之后，现场布置探坑 3 个（如图 1 所 示） 。探坑深度 13m（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，11 泵站停水 4 个月之后，13m 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 6.2 检验结果及评价 6.2.1.湿陷性 根据土工试验结果，t1 井取样深度 13m，其饱和自重压力下 的自重湿陷性系数（zs）一般均小于 0.015，仅在 10m 深度处 zs=0.016，计算自重湿陷量zs=1.9cm，小于 7cm。200kpa 压力 下的最大湿陷系数（）一般也小于 0.015，最大为 0.020，计算 总湿陷量=6.0cm。湿陷性基本消除。 t2 井取样深度 13m， 其饱和自重压力下的自重湿陷性系数 （ zs）均小于 0.015。200kpa 压力下的最大湿陷系数（）一般也 小于 0.015，仅在坑底面下 1.0m 处=0.020，计算总湿陷量小于 7cm，湿陷性基本消除。 t3 井取样深度 12.5m，其饱和自重压力下的自重湿陷性系数 （zs）均小于 0.015。200kpa 压力下的最大湿陷系数（）一 般也小于 0.015，仅在坑底面下 1.0m、4.0m 处0.015，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，11 号泵站场地浸水处理后，饱和自重压力下、 200kpa 压力下的湿陷性基本消除。 6.2.2 压缩性及承载力 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 18 小，孔隙率 50%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：t1 探井，a0.1-0.2为 0.120.50mpa -1， es 为 4.016.8mpa，一般呈中压缩性；t2 探井，a0.1-0.2为 0.16 0.81mpa -1，es 为 2.511.4mpa，一般呈中高压缩性；t3 探井， a0.1-0.2为 0.230.58mpa -1，es 为 3.68.6mpa，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 11 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 130 150kpa。 6.3 十一泵站地基的稳定性复核 6.3.1 基本资料 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=0.5t/m2，6m 段总荷载为 f1=0.5*6*12*1.2=43.2t (2)屋面梁 根据屋面梁标准图 96g353（五）第 5 页查得：sl12-208 双坡 屋面梁自重为 5.13t，则荷载设计值为 f2=1.2*5.13=6t (3)外墙荷载及边柱荷载 外墙高=6+3.6+2.1=11.7m，墙厚 370mm，边柱下柱断面为 0.4*0.8，上柱断面为 0.4*0.4，则 6m 段荷载设计值为： f3=1.2*2（11.7*0.37*6*1.9+0.4*0.8*9.6*2.5）=148t (4)封闭圈侧墙及底板荷载 封闭圈侧墙高=1528.011-1522.811=5.2m，墙厚 0.6m；底板宽 13m，厚 1.5m，则 6m 段荷载设计值为： f4=1.2*2.5*6（5.2*0.6*2+13*1.5）=463t (5)操作平台层荷载 操作平台层底板厚 0.2m，可变荷载按 1t/m2 计算，则 6m 段荷 载设计值为： f5=1.2*0.2*10.8*6*2.5+1.4*1*10.8*6=130t 19 (6)吊车荷载及进出水管道水荷载 ld-10t 吊车自重为 5t，可变荷载为 10t，进水管道管径为 1.2m，出水管道管径为 1.0m，则 6m 段荷载设计值为： f5=（1.2*5+1.4*10）+1.2*0.7854*1.2 2*10.8=35t (7)基础顶面的外覆土重 f6=1.2*0.5*（1527.861-1522.811）*6*1.8*2=65t 6.3.2 基底底面处的平均压力设计值计算 6.3.2 基底底面处的平均压力设计值计算 (1)基底压力f f=f1+f2+f3+f4+f5+f6=43+6+148+463+130+35+65=890t (2)基底底面处的平均压力设计值 p=890/（13*6）=11.4t/m2 6.3.3 地基承载力设计值计算及稳定复核 6.3.3 地基承载力设计值计算及稳定复核 依据建筑地基基础设计规范 （gbj 7-89） ，当基础宽度大 于 3m 或埋置深度大于 0.5m 时，除岩石地基外，其地基承载力设 计值应按下式计算： f=fk+b（b-3）+d0（d-0.5） 式中 f-地基承载力设计值 fk-地基承载力标准值；依据浸水后的土工试验报告 fk=1012t/m2 bd-基础宽度和埋深的地基承载力修正系数； 查表 5.1.3，b=0，d=1.1 基底以下土的容重； 0基底以上土的加权平均容重；0=1.8t/m3 d-基础埋置深度（m） ； d=1527.861-1522.811+1.5=6.55m 则：f=1012+0+1.1*1.8（6.55-0.5）=2224 t/m2 因为 pf 所以地基是稳定的。 20 7 大厚度自重湿陷性黄土预浸水处理技术的的见解 7 大厚度自重湿陷性黄土预浸水处理技术的的见解 7.1 沉降变形稳定标准 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 （gbj25-90）及泵站施工规范（sl234-1999）的规定为：浸水时 间以全部自重湿陷黄土层湿陷性变形稳定为准，其稳定标准为最后 5d 的日平均湿陷量应小于 1mm。 11 号泵站地基浸水观测 162 天，停水前坑内点最后 5d 的日 平均沉降量基本在 2.0mm/d 左右，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、文章中关于预浸 水资料的查阅后认为， 规范编制时所收集的预浸水试验场场地湿陷性 黄土层厚度大多为 1015m 以下，沉降变形稳定的浸水时间大多为 5080 天左右，对于本工程自重湿陷性黄土层厚度达 36m，若按规范 执行，势必延长工期，加大施工费用。 通过浸水后场地的土工试验结果可以看出，11 号泵站场地浸 水处理后，饱和自重压力下、200kpa 压力下的湿陷性基本消除。 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，凉晒时间短有直接关系。 因此笔者提出：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（gbj25-90）及泵站施工规范（sl234-1999）中 关于自重湿陷黄土层湿陷性变形稳定标准，即最后 5d 的日平均湿陷 量应小于 1mm 的规定有待进一步研究。 7.2 从浸水至下沉稳定所需的时间 7.2 从浸水至下沉稳定所需的时间 通过对大量资料的查阅，当湿陷性黄土层厚度为 1015m 以 下时，沉降变形稳定的浸水时间大多为 5080 天左右。对于本工 程自重湿陷性黄土层厚度达 36m，地基浸水观测 162 天，停水前坑 内点最后 5d 的日平均沉降量基本在 2.0mm/d 左右，仍不能满足规 21 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 60、70、80 或 90 天，这一错误估计势必带来错误的工期安排。 7.3 总耗水量 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 1015m 以下 时，从浸水至湿陷稳定的总耗水量平均为 510 吨/米 2。对于本 工程自重湿陷性黄土层厚度达 36m，未达湿陷稳定的总耗水量为 33.6 吨/米 2。 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 10 或 20 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 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 25%左右，停水六 个月后，含水量为 20%左右，停水一年后，含水量为 15%左右。根 据本工程实测资料，11 泵站停水四个月后，13m 以内土体含水量 为 1525%左右，13m 以下土体含水量呈饱和状态。10 泵站 2001 年 6 月 2 日开始浸水，2001 年 10 月 24 日停水，达到湿陷稳定的 总浸水时间 142 天，2002 年 3 月 30 日实测最大湿陷量为 93cm， 2002 年 4 月 19 日（停水 178 天后，相当于六个月后）挖至地下 4m 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 10 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。 22 7.5 预浸水处理的适用条件 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，浸水场地与已建建筑物之间要留 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 1 米 2 面积需用水 530 吨。一 个场地从浸水起至下沉稳定及土的含水量降低到一定要求时所需 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才能采用。 7.6 预浸水处理地基应注意的主要问题 7.6 预浸水处理地基应注意的主要问题 笔者根据 10、11 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。 23 8 结论与展望 8 结论与展望 8.1 结论 8.1 结论 本文通过对 10、11 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 （gbj25-90） 及 泵站施工规范 （sl234-1999） 中关于自重湿陷黄土层湿陷性变形稳定标准， 即最后 5d 的日平均湿陷量应小于 1mm 的规定有待进一步研究，可 以修改为最后 5d 的日平均湿陷量应小于 12mm。 （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 60、70、 80 或 90 天，这一错误估计势必带来错误的工期安排， 其下沉稳定的时间可能为 120、140、160 或 180 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 10 或 20 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。其总耗水量可能为 2040 吨/米 2。 （4）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，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。 （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。 24 8.2 展望 8.2 展望 本文通过对大厚度自重湿陷性黄土预浸水处理技术的研究， 得 出了以上非常宝贵的结论，它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，即大厚度自 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。 25 致 谢 致 谢 本文是在尊敬的导师郭增玉教授的精心指导下顺利完成的， 论文 选题、 设计以及论文的撰写和定稿等一系列无不凝结着郭老师的心血 和悉心指导，导师渊博的知识、深厚的学术造诣、严谨的治学态度、 高尚的人品对我影响至深，这将使我终生受益。 论文在选题和撰写等各环节的过程中， 同时也得到了胡再强教授 的悉心指导和关照。 在论文的撰写过程中， 陕西省水电设计院郑克敬总工和濮声荣总 工也给予了很大的支持和帮助。 我的家人也给予了理解和支持， 是他们的有力支持才使我能够顺 利的完成学业。 在此谨向给予笔者指导和帮助的所有教授、专家、同学以及亲人 表示最诚挚的谢意。 26 参考文献 参考文献 1.宁夏扶贫扬黄灌溉工程十一泵站注水观测结果与建议（甘肃省 建筑科学研究院） 2.宁夏扶贫扬黄灌溉工程十一泵站预浸水法地基处理施工、沉降观 测及质量检验报告（甘肃省建筑科学研究院） 3.宁夏扶贫扬黄一期工程固海扩灌工程十、十一泵站基础预浸水处 理设计报告 （陕西省水电设