大东沟跌水低液限粉土地基处理方法

杨玉春，孙利军

（黑龙江农垦勘测设计研究院，哈尔滨 150090）

1 工程缘由

大东沟（十排干）跌水，位于八五三农场大东沟上游，标记桩号3+515，按10 a一遇设计流量67.65m3/s。由于大东沟坡降较大，原设计桩号4+000处曾建有跌水，建于1992年，1994年水毁。跌水毁坏后，大东沟跌水以下沟道冲刷严重，造成严重水土流失，为了尽快重建跌水，减少十排干下游沟道冲刷，2008年4月设计人员对现场进行了查看。发现原跌水基础、消力池基础及挡土墙基础发生倾覆，整个跌水破坏严重，已无修复可能。跌水基础破坏底部及周围均是粉砂，颗粒很细，水冲过痕迹明显。初步分析跌水破坏主要原因可能为渗径不够，产生流土、管涌渗透变形，导致跌水破坏。为此，必须重建跌水工程。

2 工程区地质勘察情况

为进一步证实此判断，设计人员根据现场情况，后经过对沟道设计复核，选定在原跌水上游150 m（十排干上游桩号3+515）重建跌水。2008年6月，由佳木斯市四维建筑设计有限公司进行了地质勘察，揭露地层如下：

1）腐植土：黑色，含植物根系，松散，最大厚度0.5 m。

2）粉质黏土：黄褐色，呈硬可塑状态，土质较均匀，顶板最小埋深0.3 m，最大埋深2.9 m，为弱透水层;地基承载力170 kPa。

3）低液限粉土：灰色，稍湿，稍密。含砂砾20% ～30%。顶板最小埋深1.5 m，最大埋深5.6 m，为弱透水层;地基承载力180 kPa。

4）粉土与中砂互层：粉土呈灰色，稍湿—湿，稍密单层厚30～40 cm，为弱透水层;中砂呈灰色，单层厚20～30 cm，稍密—中密，湿—饱和，颗粒级配不良，为透水层;顶板最小埋深4.3 m，最大埋深10.3 m。地基承载力160 kPa。

5）低液限粉土：灰绿色，稍湿，稍密，顶板最小埋深9.4 m，底板未揭穿，为弱透水层;地基承载力190 kPa。

6）低液限黏土：灰黄色，呈硬塑状态，土质均匀，顶板最小埋深16.7 m，底板未揭穿，为弱透水层;地基承载力200 kPa。

3 低液限粉土地基与处理方法分析

3.1 原跌水毁坏原因分析

1）根据《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002粉土为冻胀土，冻胀等级为Ⅲ级。

2）根据地质钻探数据，用水闸设计公式，L=C△H复核，因低液限粉土是介于轻粉质砂壤土和粉砂中间一种土壤，初步定C取11，则需要渗径达33 m，现有跌水渗径仅18 m，更进一步证实了对跌水毁坏原因的判断是基本正确的。

3）又通过对在三江平原低液限粉质土主要分布在浓鸭河流域、别拉洪河流域和挠力河流域调查。发现低液限粉土对渠道和建筑物破坏主要表现渠道滑坡，建筑物发生渗透破坏，形成管涌，导致建筑物毁坏。以上3个流域建筑物破坏80%是此原因造成。

3.2 地基处理方案分析

2008年7月大东沟（十排干）跌水开始设计，并请教有关地质专家，对粉土特性有了进一步认识：

3.2.1 低液限粉土的主要特征

低液限粉土，其特征是颗粒较细，遇水易分散、饱水易产生震动液化，浸水承载力会显著下降。含水量＞26%为强冻胀土，＞30%为极强冻胀土。遇水后对地基的稳定及承载力有不良影响。并建议对此层进行封闭、防水浸泡、防止冲刷，及防冻胀处理。

3.2.2 跌水设计方案比较

根据建筑物布置情况，基础高程作用在低液限粉土和粉土与中砂互层上。

跌水设计应该充分分析原跌水毁坏原因，用新方法进行完善设计。针对此问题，设计最初基础处理拟定2个方案：

3.2.2.1 第一方案采用高压喷射水泥浆帷幕封闭基础地基土

共2道，第一道位于跌水口基底板前端，两侧延伸至两侧挡土墙外边缘;第二道位于消力池底板末端，两侧同样延伸至两侧挡土墙外边缘。

采用三管摆喷，孔距2.3 m。喷嘴提升速度为 6～10 cm/min，旋转速度为8～12 r/min。提升速度和旋转速度可以根据现场施工调整。钻孔底高程43 m，与底板连接处，摆喷顶部高于底板底高程20 cm;浆液材料以425号普通硅酸盐水泥为主，浓度采用现场试验最好结果，在水泥浆中掺入2%～4%的水玻璃，以提高其抗渗性。喷射时应该注意以下事项：

1）如出现上粗下细的固结体，会影响固结体的承载能力或抗渗作用，可采用增大压力和流量或降低旋转和提升速度等措施补救。

2）当发现喷浆量不足而影响工程质量时，采用复喷技术。

3）当回浆量大于灌浆的20%时，可采用提高喷射压力、缩小喷嘴直径、加快提升速度和旋转速度等措施。对回流浆液，在未达到水泥初凝时间时可回收利用。

4）根据工程需要调节喷射压力和灌浆量，改变喷嘴移动方向和速度。

质量检测采用钻孔检查，取样不少于1%的钻孔总数。

3.2.2.2 第二方案采用铺盖加基础换填

进口干砌石护砌及铺盖、U型槽底部加1.5 m深黏土铺盖，黏土压实度达到93%;消力池底换填600 mm深砾石，砾石粒径≥60 mm，砾石下换填500 mm深级配良好砂砾，用振冲机振实，密度≥18 t/m3，换填范围为上部为基础下表面尺寸外延各2 m，下部尺寸同基础下表面尺寸。

经比较，一方案投资较小，但施工技术要求高，质量控制难度大;二方案投资稍大，但施工简单，质量容易控制。考虑到建筑物实际施工情况，最后选定二方案。

为了慎重起见，在9 m进口干砌石护砌下面加设了砂砾石10 cm和复合土工膜，并要求止水等措施按规范实施，保证止水质量;这样就保证了工程不发生渗透破坏，减少了冻胀破坏。

大东沟（十排干）跌水于2008年10底竣工，经过2009年运行，现运行状态良好。

当然，建筑物地基处理方法是多种多样的。大东沟跌水设计中对低液限粉土地基采取黏土铺盖及基础换填处理方法只是其中之一，虽然取得了显著成效，获得了实践检验。时间毕竟还比较短，即使这样，大东沟跌水对低液限粉土地基处理方法的经验仍值得今后建筑物相似地基处理借鉴，为建筑物低液限粉土地基处理积累了宝贵经验，也为建筑物低液限粉土地基处理方法提供了新的有益的尝试。

[1]陈宝华，张世儒.水闸[M].北京：中国水利电力出版社，2003.

[2]中国建筑科学研究院.GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3]中国建筑科学研究院.JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.