新疆北疆长距离干渠BSP段湿陷性黄土地基处理措施分析

□潘奕舟(新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所)



新疆北疆长距离干渠BSP段湿陷性黄土地基处理措施分析

□潘奕舟(新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所)

摘要：文章就新疆北疆长距离输水干渠BSP段存在的湿陷性黄土问题进行分析与研究，在参考前人研究的基础上，根据经验及工程实际，决定采用夯实法和翻填法对这一干渠进行模拟处理，并根据施工单元之间存在的差异选择与之相适应的处理措施。

关键词：输水干渠；湿陷性黄土；原因分析；地基处理

1工程地质条件

KS河冲洪积扇(8+000～26+850),湿陷性黄土总长度为L=40.50 km，深度在0～1 m范围内的土壤属于强湿陷性黄土，深度在1～2 m范围内的土壤属中等湿陷性黄土，深度在2 m以下的土壤属于非湿陷性黄土；GP冲洪积扇区（26+850～62+040）湿陷性黄土总长度为L=35.44 km，深度在1～3 m范围内的土壤属于轻－强湿陷性黄土，深度在3 m以下的土壤属于非湿陷性黄土。BSP段(62+040～97+500)，湿陷性黄土总长度为L=25.82 km，BSP段的粉土大多为湿陷性土壤，具有严重的湿陷现象和少量的非自重湿陷现象。轻微湿陷性下限深度大部分都处于地表以下的5～7 m范围之内，部分地区深度可达10 m左右，小于10 m以下的地区属于非湿陷性黄土；中等湿陷性下限大部分处于地表以下2～3 m，部分地区深度可达4～5 m，湿陷最为严重的区域可达到7.50 m左右，小于7.50 m深度的部分大多属于非湿陷性黄土。而受自重压力和流水浸泡的影响，自重湿陷性黄土地基的土体结构遭到了一定的破坏，从而产生较为严重的黄土附加下沉现象。而非自重湿陷性黄土在受到自重压力下和水的浸泡等因素的影响之后，其出现附加下沉黄土的现象不是很明显。

2渠段黄土湿陷性分析

2.1挖方渠道黄土湿陷性分析

渠道在实际通水过程中所承受的压力为70 kPa。该渠道属于挖方渠道，采用100 kPa压力（大于实际通水时的压力）对黄土湿陷性渠道进行处理是符合标准的。在挖方渠道区域内深度在黄土地表0～5 m之间所承受的压力在5～35 kPa之间，在100 kPa压力作用下，湿陷系数在0.04～0.06之间，黄土湿陷类型属于中等湿陷；挖方渠道区域内深度在黄土地表5～10 m之间所承受的压力为120～150 kPa。在100 kPa压力的作用下，湿陷系数在8.00×10-3～0.01之间，该区域的黄土未出现明显的湿陷性。而渠道达到饱和状态时则存在着以下3种情况：一是当黄土区域内，渠道挖深10 m时，渠身均处于非湿陷黄土层内,没有黄土湿陷变形的问题存在；二是当黄土区域内，渠道挖深5～10 m之间时，渠基持力土层表现为非湿陷性黄土,渠坡处于湿陷性黄土层以内,黄土没有出现较大程度的湿陷变形，对此，可以采用换填处理和增设排水措施的方法来缓解因渠道渗漏而产生的冻胀性问题，最大限度的防止黄土湿陷性问题对渠道带来的不安全影响[1]；三是当黄土区域内，渠道挖深<5 m时，所有渠道都处于黄土湿陷性土层内,具有较大程度的黄土湿陷变形问题。从表1中的数据不难看出，当压力为100 kPa时,随着挖深的不断增加,总湿陷变形量随之减小，当挖深深度为1 m时，黄土所表现的总湿陷量最大，理论计算值为345 mm。但是,如果采用换填和增设排水等措施对渠道基础进行处理，黄土的含水量就不容易达到饱和状态，湿陷变形的问题也不会发生。

综上所述，就此工程而言，采取换填处理和增加排水量等方法对黄土湿陷问题进行处理，有效的防止渠道渗漏带来的冻胀性，消除了黄土的湿陷性。

2.2黄土湿陷性变形及流固耦合分析

就该渠道而言，北疆有些区段的黄土层具弱～中等湿陷性,而当前国内有关资料显示，在处理此类问题时，由于存在着附加荷载的因素，在对其进行处理时不能一概而论，而是要根据实际情况采取针对性的处理措施对其进行处理，最大限度确保施工质量。此外，由于黄土产生湿陷变形的主要条件是土层饱和度达到85%以上，所以，对于非自重湿陷性黄土所产生的湿陷变形而言,基础土层饱和与附加荷载都是其必不可少的条件。而基础土层在大气降水、地表水流入渗环境以及时间等诸多因素的影响下，其水文环境呈现出了十分明显的复杂性，很难判断其饱和程度。

表1　 100 kPa附加压力下挖方渠道不同挖深总湿陷量表

3处理措施

3.1夯实法

采取夯实法对该工程项目进行施工作业时，由于夯击能、锤底面积、土体干容重、土体含水量等因素在很大程度上影响了夯实工作的有效性，不得不采取模拟的方式来衡量此类方法的利弊。通常情况下，当土体中的含水量调整到最优含水量的标准时，可以依据公式和规范确定准确的加固深度，以确保施工质量。在《湿陷性黄土地区建筑规范》中明确规定了，使用强夯法处理湿陷性黄土地基时，需要使土壤中的天然含水量保持在1% ～3%之间，以便于很好提高工程的施工质量。在模拟夯实的土层试验中，当土壤中水的含量低于10%时，需要采取增湿的方法使其接近最优含水量；当土壤中的天然含水量超过塑限含水量3%以上时，则需要采用晾干或其他措施降低土壤中的含水量。随着我国市场经济体制的不断完善，新疆地区的城市化进程逐渐加快，在很大程度上刺激了该区域的用水需求。而湿陷性黄土的存在在很大程度上影响着渠道的输水量，为该区域的发展带来了严重的不便，不得不对其采取积极有效的措施加以应对。该渠道的BSP段中强湿陷性土层厚度大多在2～3 m之间，局部区域厚度甚至可达到7.50m左右。山坡区处理长度为L=5.09 km，含水率在0.70%～6.40%之间，平均含水率为2.2%，含水率相对较小；冲洪积扇树林区含水率在4.10%～14.70%之间，平均含水率为8.4%；冲洪积扇植被不发育区含水率在3.6%～13%之间，平均含水率为7.20%；冲洪积扇耕地区（L=21.62 km）含水率在2.50%～14%之间，平均含水率为5.60%。在参考类似工程的其他施工措施之后，实施强夯处理方案是，黄土的含水率必须是大于6%的湿陷性土。冲洪积扇区总长度为L=21.62 km，处理渠段长度为L=19.25 km，此渠段粉土平均含水率均在6%以上，可采用高能量强夯对其进行处理。丘陵山坡区总长度为L=5.09 km，需处理河段长度为L=4.22 km，该渠段粉土平均含水率大多低于3%，需对其进行增湿处理之后再使用天然状态下强夯处理的施工工艺对其进行施工处理。

3.2翻填法

翻填法是指：在对BSP河段进行施工处理时，先开挖填方及半填半挖段渠地基下2～3 m厚度的中强湿陷性粉土，把整个大的施工场地划分为若干个施工单元，并在施工现场进行湿陷性粉土制备，然后再将处理后的土料逐层堆积成土牛，在土牛中部区域挖出一个成矩形状的凹槽，凹槽的深度和宽度可根据土牛的实际体积来确定。最后在槽内注入2/3高度的水，并将挖出的土料适当的回填到矩形槽中，进行闷料处理并对表面进行不定时的补水。待湿陷性粉土制备好之后，使用2 m3挖掘机挖装15 t自卸汽车将粉土运输到填筑面，使用功率为118 kW的推土机进行平料处理，并采用人工辅助的方式使填筑面尽量的平整，同时使用功率为2.80 kW的蛙式打夯机对施工面进行分层夯实。适时对其进行洒水处理，以确保含水率接近最佳含水量，再对其进行回填并压实，压实度P≥0.98，最终实现修复消除土层的湿陷性的目的。

3.3方案比较

对两个施工方案进行分析，比较两种施工方案之间的单价、投资金额、优缺点以及工程的可靠性等因素，具体情况如下表2所示。

表2　渠道湿陷性地基处理方案比较表

4结语

受BSP段湿陷性粉土问题较为严重、所处环境和气候条件相对复杂等因素的影响，综合考虑每个施工单元的实际情况，根据具体问题具体分析的原则选择不同的处理方法，以便于最大限度的提高该工程项目的施工质量。但是，随着当地居民用水需求量的增加和环境污染现象日益严重，已不能采用传统的施工工艺对其进行处理，只有在日常的工作中不断总结和积累经验，积极完善自身的专业技术知识，才能有效发现施工过程中出现的问题，并采取积极有效的措施加以应对，为我国社会主义事业的不断完善奠定坚实的基础。

参考文献

[1]任会明.强夯法处理湿陷性黄土地基的应用研究[D].西安:西安建筑科技大学，2008.

[2]杨天亮，叶观宝.高能级强夯法在湿陷性黄土地基处理中的应用研究[J].长江科学院院报，2008（2）: 54－57.收稿日期：2015-12-07

（责任编辑：左英勇）

中图分类号：TV223

文献标识码：A

文章编号：1673-8853（2016）01-0057-02