北疆引水干渠湿陷性黄土基础处理方案选择

张 翔

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000）



北疆引水干渠湿陷性黄土基础处理方案选择

张 翔

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000）

【摘 要】北疆引水干渠局部地段为湿陷性黄土，须因地制宜选择合理经济的处理方法，以消除渠道基础因湿陷性黄土引起沉降给工程带来的危害。本文结合北疆引水干渠陶瓷厂段工程实例，介绍了渠道湿陷性黄土基础的处理方案选择，可供同类工程参考。

【关键词】湿陷性黄土；基础；处理

1　工程概况

北疆引水干渠全长127.142km，设计引水流量为68.0m3/s。其中明渠段长116.492km，隧洞段长7.331km。干渠工程主要由输水明渠、渠系建筑物（闸、涵）、隧洞、输水涵洞、输水渡槽、退水系统、防洪系统及伴渠道路等组成。

北疆引水干渠右侧是陶瓷厂，左侧是高速公路，陶瓷厂段渠线基础为湿陷性黄土，为了不影响附近已建的高速公路和排洪渠，该段渠道设计为矩形明槽。

2　湿陷性土段地形、地质条件

陶瓷厂矩形槽段，全长1.4km，其中有80m距陶瓷厂较近。该段地形较为平坦，东高西低，高程为660～653m，高速公路围栏至排洪渠坡脚下20～30m。

根据最新地质资料，该段地层岩性主要为第四系上更新统冲洪积层（Q3a1＋p1）低液限粉土夹含砂粉土；湿陷起始压力为18～38kPa，属非自重湿陷性场地，局部为自重湿陷性场地；湿陷等级为Ⅰ（轻微）、Ⅱ（中等），局部为Ⅲ（强烈）。低液限粉土干密度1.38～1.51g/cm3，饱和快剪c＝17.8～19.6kPa，φ＝22.5°～24°，压缩系数av0.1 -0.3＝0.465～0.675MPa-1，压缩模量Es0.1 -0.3＝2.91～3.89MP，属中等—高压缩性土，中等—弱透水层。

3　湿陷性土基础处理方案比选

此段矩形槽距离已运行的高速公路、排洪渠及陶瓷厂厂房较近（最近处仅2m左右），若采取常用的浸水法、挤密法或夯实法等湿陷性土处理方法，施工时均会影响到附近的建筑物。本文初拟了三个方案，方案一:矩形槽基础旋喷桩地基处理；方案二:渡槽方案；方案三:矩形槽基础加强止水＋地基翻填法。

3.1方案一:矩形槽基础旋喷桩地基处理

3.1.1矩形槽结构布置

矩形槽由进口渐变段、槽身段、出口消力池和出口连接渠四部分组成。槽身段全长1290m，纵坡1/1000，断面尺寸b×h＝5m×4.1m，底板衬厚0.7～0.5m，边墙衬厚0.7～0.5m；拉杆间距2.5m，断面尺寸b×h＝0.3m×0.5m，长5m。矩形槽左、右侧设置人行便道，宽2m，路堤顶比矩形槽顶低4.1m，与槽底板高程齐平布置，槽基及路堤采用料场土料填筑，压实度P≥0.96，基础换填沙砾石垫层厚度60cm，相对紧密度Dr≥0.80。

3.1.2 地基处理

地基处理采用旋喷桩法，该方法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层预定深度后，用高压把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，达到与原位软土的充分混合，发生等离子交换和团粒化反应，形成稳定的、具有一定强度的桩体或墙体，与周围土体一起组成半柔半刚性复合地基，使地基承载力得以明显提高，变形得以变小，从而达到抑制地基沉降的目的。

通过对单桩承载力和桩体强度的计算:选用直径0.5m的旋喷桩，采用以水泥浆为主剂，掺入少量外加剂的喷射方法，矩形槽段轻微湿陷性下限为7～9m，为达到处理的目的，旋喷桩桩长取9.2m，伸入承台0.2m。旋喷桩采取梅花形（三角式）布置，孔间距1.9m，旋喷桩分块与上部结构分块相对应，承台为钢筋混凝土结构，厚0.5～0.85m，矩形槽共布置旋喷桩4260根，断面型式如图1所示。

图1　旋喷桩地基处理详图（单位:mm）

3.2 方案二:渡槽

该方案采用渡槽取代矩形槽横跨湿陷性黄土段，渡槽布置于原渠线矩形槽范围内，总长度为1400m，其中进口扭面段30m，进、出口连接段各15m，槽身段1340m。渡槽建筑物主要由槽身、支承结构（盖梁和立柱）、进出口连接段、进口扭面段、河道恢复段五部分组成。

渡槽采用预应力钢筋混凝土简支梁矩形带拉杆槽身结构，单跨跨度为20m，共67跨。各跨布置1孔矩形梁槽身，槽身净宽5.0m，净高3.7m，总高度为4.1m，边墙与底板连接处设置500mm×500mm贴角，槽身两端采用盆式橡胶支座支承。拉杆间距2m，尺寸B×H＝500mm×400mm，槽身段采用C50F300W8钢筋混凝土。渡槽侧墙两侧纵向各布置4道预应力钢绞线。

渡槽下部结构（槽墩）采用双柱框架顶部盖梁的支撑型式，由盖梁、立柱、灌注桩组成。全线共布置136根灌注桩，每根立柱直径1.5m，高3～5m；盖梁高1.75m，长7.8m；基础采用灌注桩基础，单桩直径1.5m，深入地面以下18～22m，桩柱中心间距5.5m，净距4.0m，两桩间设宽1.0m、高1.5m连系梁，梁顶与地面清基线平齐。台帽及盖梁采用C40钢筋混凝土，立柱采用C35钢筋混凝土，基础采用C30F200W6混凝土，如图2所示。

图2　渡槽方案地基处理详图（单位:mm）

3.3方案三:加强止水＋地基翻填法

根据地质成果，此段湿陷性土层厚度较厚，达5～9m，中强湿陷性土层厚度2～4m，局部6m（此段渠线距高速较远），若对整个湿陷性地基均进行翻填处理，势必会影响到高速及排洪渠的运行安全。本方案采取对一定深度内湿陷性土进行翻填处理，但必须将中强湿陷性土完全处理，所剩余的弱—微湿陷性土层不处理，其完全浸水饱和所产生的沉降变形可通过适应变形能力强的铜片止水及减小不均匀变形的垫梁加以解决。由于渠线距高速及排洪渠较近，经计算，大部分渠段基础开挖后能够满足临时边坡稳定，局部渠段需采取土钉固坡的稳定措施。

3.3.1矩形槽结构布置

矩形槽结构布置同方案一，断面型式如图3所示。

图3　矩形槽翻填法地基处理详图（单位:mm）

3.3.2地基处理

地基处理采取翻填法，将基础下面的湿陷性黄土全部或部分挖出，晾干处理，在其含水率接近最优含水量条件时分层夯实或碾压。68＋008～68＋350段中—强湿陷下限3～6m，处理3～6m，未处理弱—微湿陷土层厚1～3m；68＋350～68＋545段中—强湿陷下限3～3.5m，处理3.5m，未处理弱—微湿陷土层厚1～2m；68＋545～68＋980段中—强湿陷下限3～4m，处理4m，未处理弱—微湿陷土层厚2～3m；68＋980～69＋408段中—强湿陷下限2～3m，处理3m，未处理弱—微湿陷土层厚2～4m。

3.3.3未处理弱—微湿陷性土层沉降计算及处理措施

饱和状态下弱—微湿陷土层的沉降量计算公式:

Δs＝h×β×δs

式中 h——湿陷性土的厚度，mm；

β——修正系数，弱—微湿陷性土位于地面以下3～8m，考虑该段渠道的重要性，在此取1.5；

δs——湿陷系数，轻微湿陷系数为0.015～0.03。

表1　各段未处理弱—微湿陷土层浸水饱和状态下总沉降量

从表1可以看出:未处理的弱—微湿陷性土层总平均沉降量为34～135mm，采用鼻高为10cm铜片止水完全能够适应基础湿陷变形，为减小地基不均匀沉降变形以协调相邻两段的沉降变形，相邻矩形槽之间设置垫梁结构。

3.4方案比选

根据上述拟定的方案，分别从施工条件、施工难易程度、安全可靠性、工程量以及投资等方面进行比较，如表2所列。

表2　陶瓷厂矩形槽段湿陷性土处理方案比选

以上比较分析可知，方案三施工条件好，简单易施工，施工工期最短，安全可靠且投资最少，因此采用矩形槽加强止水＋地基翻填法方案。

4　结 语

经综合比选，对于该段渠道来说，矩形槽加强止水＋地基翻填法是施工简单、工期较短、安全可靠及投资较少的一种处理方案。■

参考文献

GB 50025—2004湿陷性黄土地区建筑规范［S］.

DO l:1O.16616/j.cnki.11-4446/TV.2O16.O2.OO3

Selection of northern Xinjiang water diversion main canal collaPsible loess foundation treatment scheme

ZHANG Xiang
（Xinjiang Water Conservancy and HydroPower Survey and Design Institute，Urumqi830000，China）

Abstract：Loca1sections of northern Xinjiang water diversion main cana1main1y be1ong to co11apsib1e 1oess.Rationa1and economic treatmentmethods shou1d be se1ected according to 1oca1condition，thereby e1iminating damage on the project due to subsidence in channe1 foundation because of co11apsib1e 1oess.In the paper，project examp1e of northern Xinjiang water diversion main cana1 in ceramics factory section is combined for introducing treatment scheme se1ection of channe1 co11apsib1e 1oess foundation，thereby providing reference for simi1ar projects.

Key words：co11apsib1e 1oess；foundation；treatment

中图分类号：TV223

文献标志码：B

文章编号：1005-4774（2016）02-0008-05