新疆某大型输水工程湿陷性黄土地基处理方案分析

2015-03-23乔世军

东北水利水电 2015年5期

乔世军

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆伊宁 835000）

1 地质资料

北山坡渠段东起铁厂沟西至朝阳隧洞，全长约35.5 km。粉土分布52段，总长度26.9 km，基础土层岩性大部分为低液限粉土、含砂粉土，少部分为粉土质砂，厚度2～20 m不等，干密度一般在1.4～1.64 g/cm3之间，属中压缩性土。根据室内湿陷性及现场原位载荷试验表明该段土多具有湿陷性，轻微湿陷性下限多位于地表以下5～7 m，局部达10 m；中等湿陷性下限多位于地表以下2～3 m，局部达7.5 m。根据地形地貌可进一步划分2个地貌单元，分别为丘陵山坡区、冲洪积扇区（主要为树林区、耕地区、植被不发育区）。

1.1 土的物理力学特征

洪积扇区：该段土层岩性大部分为上更新统～全新统冲洪积（Q3～4al+pl）低液限粉土、含砂粉土，少部分为粉土质砂，厚度2～20 m不等。

丘陵山坡区：该段土层岩性大部分为上更新统风积（Q3eol）低液限粉土、含砂粉土，少部分为粉土质砂，厚度2～20 m不等。

1.2 土天然含水分布情况

据试验，在整个北山坡段的261组数据中，天然含水率最大值为25.1%，最小值为0.7%，平均值为5.8%；大部分（共241组）为 1.3%～13%，约占总量92%，其平均值为5.2%。含水率3%～18%有200组，占76%。可见北山坡段土的天然含水率很不均匀。

丘陵山坡区：含水率为0.7%～6.4%，平均值为2.2%。

冲洪积扇区：主要为树林区、耕地区、植被不发育区，据试验，冲洪积扇树林区含水率为4.1%～14.7%，平均值为8.4%；冲洪积扇植被不发育区含水率为3.6%～13%，平均值为7.2%；洪积扇耕地区含水率为2.5%～14%，平均值为5.6%。

1.3 北山坡段湿陷性土的分布及处理范围

根据地形地貌可进一步划分2个地貌单元，分别为丘陵山坡区、冲洪积扇区（主要为树林区、耕地区、植被不发育区）。冲洪积扇区湿陷性土的分布长度21.855 km，占北山坡段湿陷性土总长度81%。丘陵山坡区湿陷性土的分布长度5.04 km，占北山坡段湿陷性土总长度19%。

1.4 北山坡段湿陷性土的处理建议

考虑到北山坡段湿陷性粉土部分为自重湿陷，部分无自重湿陷。湿陷性土的起始压力多为10～30 kPa，较小，故对半挖半填、填方及局部全挖方渠道（即中强湿陷性土厚度超过渠道挖深）的湿陷性土均要进行处理。根据以上原则，湿陷性土渠道处理长度为23870 m。其中北山坡冲洪积扇区挖方渠道长度1085 m（即中强湿陷性土厚度超过渠道挖深），占总比例约4%；半填半挖段长度2800 m，占总比例约12%；填方渠道长度15815 m，占总比例约66%；北山坡山坡区半填半挖段长度160 m，占总比例约1%；填方渠道累积长度4010 m，占总比例约17%。

2 处理措施

鉴于北山坡湿陷性渠段长度较长，湿陷性土层物理力学指标较差，渠道位于北山坡坡面，坡度较陡，渠道南侧北山坡坡下有清伊高速、国道、农田、居民区及工厂等重要保护对象，因此，采取一定的工程措施进行渠道地基湿陷性处理（湿陷性处理同时也对地基进行了加固处理）是必要的。根据现场实际情况，设计进行三个处理方案的比选，即强夯法、翻填法及隔断排水法。

2.1 方案一：强夯法

影响强夯有效加固深度的因素有夯击能、锤底面积、土体干容重、土体含水量等。根据起吊设备、锤重、落距可分为重夯法和强夯法。重夯法可消除在1～2.5 m深度内土层的湿陷性，强夯法可消除在4～6 m深度内土层的湿陷性。在非自重湿陷性黄土区效果尤为明显。夯实法采取Menard修正公式：H=k进行有效加固深度计算，经计算H=3 m（6 m）厚的湿陷性黄土需M(夯锤重力)=4 （t10 t），h（落距）=8 m（10 m）。

根据GB/T50600-2010）《渠道防渗工程技术规范》“表6.3.1湿陷性黄土渠基处理方法强夯法适用的范围和施工要求：土的含水量宜低于塑限含水量1%～3%”；另根据GB50025-2004《湿陷性黄土地区建筑规范》“6.3.4采用强夯法处理湿陷性黄土地基，土的天然含水量宜低于塑限含水量1%～3%。在拟夯实的土层内，当土的天然含水量低于10%时，宜对其增湿至接近最优含水量；当土的天然含水量大于塑限含水量3%以上时，宜采用晾干或其他措施适当降低其含水量。

北山坡渠道湿陷性基础处理。北山坡渠段中强湿陷性土层2～5 m厚，局部7.5 m。丘陵山坡区（L=4.01 km）含水率为0.7%～6.4%，平均值为2.2%，较小；冲洪积扇树林区含水率为4.1%～14.7%，平均值为8.4%；冲洪积扇植被不发育区含水率为3.6%～13%，平均值为7.2%；洪积扇耕地区含水率为2.5%～14%，平均值为5.6%。借鉴同地区其它工程的处理经验，强夯处理是可行的（尤其含水率大于3%的湿陷性土）。但以上两个工程实例强夯法偏重于加固地基，提高地基承载力（水的影响较小），该工程强夯法主要解决地基土层遇水湿陷沉降变形，因此，需通过生产性试验进一步论证天然状态下强夯处理的施工工艺。

2.2 方案二：翻填法

处理方案是将填方及半填半挖段渠基下2～5 m厚度的中强湿陷性粉土开挖后，洒水置备，使其含水率接近最优含水量，再回填并压实，压实度P≥0.98，在此压实指标下已消除土层的湿陷性。

施工方法：可划分不同的施工单元在现场进行湿陷性粉土制备，制备好的湿陷性粉土采用2 m3挖掘机挖装15 t自卸汽车运至填筑面，118 kW推土机平料、人工辅助，羊足碾振动碾压实，分层填筑，边角采用2.8 kW蛙式打夯机或0.7 t小型平板振动夯分层夯实。

2.3 方案三：隔断排水法

引起填方渠道基础湿陷沉降变形水的来源主要是由于防渗系统破坏，渠内漏水渗入填方地基，当湿陷性地基土含水量达到一定含量，在其上附加荷载作用下引起地基沉降变形。若能够采取一定的工程措施在渗水渗入湿陷性地基土前，隔断或减小渗水，并将渗水顺利排出，这样也能保证填方渠道地基的安全。

该方案为填方渠道基础清基碾压后，先铺设一层3 cm厚找平M10砂浆（若基础土最大粒径小于5 mm，则可以取消此砂浆）；其上设置一布一膜（膜厚0.4 mm），防渗膜需伸出渠道轮廓结构线外2 m；膜上再设置10 cm厚粗砂层，作为防渗膜保护层及排水层；其上设置30 cm厚砂砾石作为反滤及排水层。

从工程投资、施工、环境影响、工程安全可靠性等方面分析，方案二翻填法施工工艺复杂，投资最大；方案三隔断排水法投资也稍大，且工程安全可靠性小，但北山坡渠段工程安全可靠性要求较高（北山坡坡下有清伊高速、国道、农田、居民区及工厂等重要保护对象，北山坡坡度较陡）；方案一强夯法具有施工工艺简单，工期短，与其它建筑物施工干扰小，工程安全可靠性高，投资小等优势，因此，推荐北山坡渠段湿陷性粉土地基工程处理措施采用方案一：强夯法。但采取天然状态下（尤其北山坡大部分渠段含水率较低）强夯需进行生产性试验验证。