黄土浸水试验设计方案

湿陷性黄土现场试坑浸水试验设计方案

1试验背景及目的

大西铁路客运专线是国家中长期铁路网规划的重要组成部分，建设大西铁路客运专线，既可以缓解陇海铁路运输状况，又能大大缩短西北、川渝地区与中南、华东地区各大城市间的时空距离，进一步密切东、中、西部地区的经济联系，对推动西部大开发和实施中部崛起战略具有重要意义。

大西铁路客运专线全长859km，设计时速250km/h，是铁道部在“十一五”期间建设的重要客运专线，也是我国在湿陷性黄土地区建设的又一条重要高速铁路。全线控制工程主要是路基、长大隧道和重点桥梁。对于大西客运专线，必须要有一个强度高、刚度大的路基基床，沉降很小或没有沉降的地基，才能满足铺设无碴轨道的要求。因此，容许的路基工后沉降量为15mm，这是国内对路基工程提出的最高标准。线路从南到北经过山西大同、朔州、忻州、太原、晋中、临汾、运城及陕西渭南，经临潼至西安；穿越平原、丘陵、山地等不同地貌单元；黄土分布于山麓洪积台丘、洪积扇、山间盆地、台地、山间宽谷等处，一般厚度30～50m。如前所述，此客运专线路径长，沿线黄土分部广泛，工程性质非常复杂，湿陷程度从轻微（Ⅰ级）到很严重（Ⅳ级）在整个专线路段均有分布，涵盖了我国湿陷性黄土的全部类型。

我国以往的研究重点多集中在关中及以西，如陇西黄土、关中黄土等性质典型的地域。对大西客运专线，尤其是山西的黄土研究资料比较欠缺，有关资料显示在这一区域很少进行过现场试坑浸水试验。当地建筑及已修建的高速公路等工程中对黄土设计的一些参数大都根据经验取用。因此，对大西客运专线经过的湿陷性黄土地区的研究是不充分的，在勘察中作中对黄土湿陷等级的判定也感到有不少不确定因素，尤其是浸水后的变形性质更是缺乏现场试验研究资料，而湿陷性黄土场地的湿陷类型和湿陷等级，是湿陷性黄土最基本的工程属性，它决定着地基处理方案的合理选择和设计，影响着工程投资与施工进度。所以，鉴于沿线湿陷性黄土的特殊性和复杂性，高速铁路客运专线对地基的特殊要求以及可供借鉴的研究成果及工程经验不多，在大西客运专线进行现场试坑浸水试验，研究湿

陷性黄土场地对浸水的响应规律，客观判定沿线黄土场地的湿陷类型及地基湿陷等级是大西客运专线湿陷性黄土地基处理前必须要准确查明的关键技术问题，在此基础上，提出湿陷性黄土地基处理措施建议，为设计参数的优化提供技术支持。2试验设计

2.1试坑设计和测点布设

2.1.1试坑设计和测点布设原则

在现场采用试坑浸水试验确定自重湿陷量的实测值，试坑设计和测点布设符合《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）的要求：

（1）浸水试坑宜挖成圆形，其直径不小于湿陷性黄土层的厚度，并不应小于10m，试坑深度宜为0.5m，最深不大于0.8m，在试坑底部铺设10cm厚的砂砾石。

（2）在坑底中部及其它部位，对称设置观测自重湿陷的深标点，设置深度及数量按照各湿陷性黄土层顶面深度及分层数确定。在试坑底部，由中心向坑边以3个方向均匀布设观测自重湿陷的浅标点；在试坑外沿浅标点方向10-20m范围内设置地面观测标点，观测精度为±0.10mm。浅标点和深标点的布设分别满足地表自重湿陷量和分层自重湿陷测量的需要，能够准确捕捉到试坑浸水总湿陷量和湿陷土层下陷深度。

（3）试坑内的水头高度不宜小于300mm，在浸水过程中，应观测湿陷量、耗水量、浸湿范围和地面裂缝。湿陷稳定可停止浸水，其稳定标准为最后5d的平均湿陷量小于1mm/d。

（4）设置观测标点前，为了保证湿陷性黄土地基充分受水浸湿饱和，使黄土地基的湿陷性充分发挥，在坑底打一定数量及深度的渗水孔，孔内填满砂砾。

（5）试坑内停止浸水后，应继续观测不少于10d，且连续5d的平均下沉量不大于1mm/d，试验终止。

（6）各试验场地具体按下述方法布设测点：

①浅标点

浅标点是用来测量试坑内、外地表的自重湿陷变形量。以试坑中心为起点，由内而外沿半径方向呈放射状布置坑内、外标点，在平面上布置3条夹角为120°的测线。其布设在试坑内为等间距布设，试坑外则为变间距布设，距离试坑边较

近的标点间距较小，往外间距逐渐增大，坑外最远的浅标点在试坑外1倍试坑直径处。

浅标点由一根直杆和与其垂直焊接的底板组成。标杆上部固定一根钢卷尺，钢卷尺的最小刻度为1mm。浅标点埋深为0.5m。

②深标点

为测量不同深度的湿陷变形量，布设浅标点的同时布置3条与浅标点测线夹角为30°的测线，其布设间距与试坑内浅标点的布设间距相同。在深度方向上，分为10m以内、10-20m和20m以下3个部分布设，每组布设2个相同深度的深标点。

深标点由多跟机械式连接的镀锌管和与其垂直焊接的底板组成，深标点的重量与埋设位置处原上覆土自重大致相同。标杆上部固定一根钢卷尺，作为沉降观测的标尺，钢卷尺的最小刻度为1mm，标杆外面套一根塑料管，以确保沉降板能够自由沉降，长度与深部沉降板埋深相当。塑料管外回填中粗砂，使深标点客观上也起到了加强渗水的作用。深标点钻孔的垂直度、孔底浮渣厚度等因素将会影响量测的精度。深标点埋设流程见图2-1。为确保深标点安装质量，制定“渗水试验钻孔技术要求”，见表2—1，供试验场地参照执行。

图2-1 深标点埋设流程图

表2-1 湿陷性黄土现场试坑浸水试验钻孔技术要求

③渗水孔

为了加强渗水强度，加快地基土层的浸水饱和，在浸水坑内由深标点测线组成的每个扇形区内都布置了1-2个渗水孔（孔径 127mm），孔内充填砂砾石。

2.1.2传感器类型及布设

本次浸水试验埋设的传感器包括土压力传感器、孔隙水压力传感器、土壤水分传感器以及试坑外围的张力计。这主要是针对黄土湿陷机理而设计的，土压力及孔隙水压力传感器是观测试坑浸水过程黄土压力变化情况，根据现场变形监测，建立黄土湿陷与压力之间的关系，土壤水分传感器可以实时反馈试坑下部土体的含水量变化，不仅可以直观了解黄土的浸润情况，还可以建立黄土湿陷与含水量定量关系。张力计是测量黄土内部的基质吸力（毛细力），实际上就是孔隙水压力和孔隙气压力的差值。据前人研究，当黄土浸水后，孔隙被水占据，基质吸力丧失，从而产生湿陷，设计张力计就是进一步探讨黄土湿陷毛细力假说。

土压力传感器拟采用JDTYJ系列振弦式土压力计，埋置深度1～10m，2台/m，共十个层位。假定黄土密度为1.5～2.0g/cm3，则10m处压力为0.15～0.20MPa，考虑测量等外在因素，选用0.20MPa量程的10台，0.30 MPa量程的10台；孔隙水压力传感器拟采用JDTYJ系列振弦式孔隙水压力计，埋置深度1～10m，2台/m，共十个层位。水的密度为10g/cm3，则10m处水压力为0.10MPa，考虑测量等外在因素，选用0.10MPa量程的10台，0.20 MPa量程的10台；土壤水分传感器选用DBT-1土壤水分传感器，埋置深度1～10m，1台/m，共十个层位。因为要测到10m深度，所以需要把电缆长度加到10m以上，需和厂家沟通；张力计选用指针式土壤张力仪，埋在试坑周围（距试坑边界不大于0.3m），量程为100kPa，管长0.15m、0.30m、0.60m、0.90m、1.20m 共5种规格，每个规格的5台。

数据采集器拟选用福禄克2635便携式数据采集器，用来接受传感器输出信号。接受事项包括电压、电阻和频率，量程满足接收需要。

2.1.3各试验场地试坑设计与测点布设

（1）DK230+200试验场地

依据铁三院的勘察资料，将该试验场地黄土自重湿陷最大深度初步确定为