戈壁明渠渠系建筑物地基处理方案

盛东升

（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程资本资料

1.1 工程概述

北疆供水工程总干渠北起“635”水利枢纽，南至顶山分水闸；工程等别为大（Ⅱ）型二等工程，1997 年8 月动工兴建，2000 年8 月1 日基本完工并转入试运行[1]。渠底宽4 m，内外边坡1∶2，纵坡1/10000～1/12500。渠深5.4 m～6.2 m，水深4.68 m～5.36 m，渠道超高0.5 m，流速1 m/s～1.16 m/s，采用0.6 mm 聚乙烯塑膜防渗。渠道表面清洁，块与块之间接缝平整饱满，混凝土预制板为边长25 cm 的正六角形，为提高稳定性，每隔19.4 m 设一道横向混凝土隔梁，渠线较顺直，该工程糙率取0.017。渠段位于地质分布复杂的戈壁荒漠上，属于高寒区地带，日常气温温差大，最高气温41℃,最低气温-42.7℃，多年平均降雨量112.7 mm,多年蒸发量2289 mm,相对湿度62%，最大积雪厚度28 cm，最大冻土深度1.5 m，气候特点为冬季长而严寒、夏季短而炎热。近期年引水量10.4 亿m3，到2020 设计水平年工程改扩建后年供水量将达到18 亿m3。

1.2 北疆气候特点

以天山为界，分为南北疆，两地气候差异明显。其中，北方地区属于温带大陆性干旱半干旱气候，一年的平均气温约为-4℃～9℃，全年降水量较少。南方地区属于暖温带大陆性干旱气候。北疆地区差异较大，最高气温曾经在吐鲁番达到过48℃，最低气温出现在可可托海，曾低至-50℃。

1.3 北疆地形地质条件

北疆供水总干渠位于阿勒泰山南麓与准葛尔盆地西北边缘间，渠线先后穿越河谷的IV 级阶地及IV.V 级侵蚀，剥蚀平台和乌伦古河冲洪积平原等三个不同地貌单元，乌伦古河以北段为泥盆系和石炭系的中硬—坚硬的岩石，中段为第三系的沙砾岩，砂岩，泥质砂岩等极软岩，占渠线总长90%，尾部主要为乌伦古河阶地的砂砾石层[2]。

2 砂基特点及加固必要性阐述

2.1 砂基特点

砂基是沙漠渠道的基础，其主要存在的问题是当其遇到水之后会松软，导致塌陷。其次砂层若是较为松散的话，其干密度较低，承载得动能力较弱，会发生很大的变形。若是采用松散的砂层直接作为建筑的基础面的话，会使得基础发生不均匀的沉降，并且由于变形大，导致滑坡等问题的发生，严重危害建筑物的安全。

2.2 加固的必要性

1）在目前国内范围内，沙漠明渠在设计上国家还没有明确的设计标准，在施工上也没有明确的施工规范，这就使得沙漠明渠在建筑的任意一个环节上，无论是从设计、施工还是监理等方面来讲，都是缺少相对成熟的经验的。因此，保证沙漠基层面的稳定，是保证以后沙漠明渠的安全性和可靠性的基础，为以后减少维修、方便管理打下基础。

2）若土质为湿陷性土质的话，一旦积水，在水的作用下，土粒之间的结膜被破坏，导致土粒松散化，发生塌陷，对建筑物的安全运行造成威胁。由此可见一旦现场基础发生变形，其特征是具有突变性、不可逆性的。但是沙漠砂在长期的风化作用以及负载的沉压作用下，发生变形是不可避免的。因此必须采取相应的措施来保证基础的稳定性。

3）由于沙漠沙土在长期的风化作用下，其表面都是较为松散的，但是对使用松散的沙土作为建基面进行处理，现在并没有较好的方案。因此结合换填材料，对其进行加固，是保证渠床整体稳定性的必然措施。

3 基层选择

在沙漠上进行明渠施工，对我国乃至世界都有着重要意义的工程，但是目前为止，可供施工参考资料太少。在材料的选择上主要是要以今后的安全为主要考虑因素，而安全最主要的来源便是建造明渠基层的施工处理，因此研究明渠基层的施工方案是沙漠明渠建造的关键内容，关于基层的选择主要考虑下面几个方面：

（1）基层是作为沙土与混凝土之间连接的纽带，就好像汽车的减震器，只有这“减震器”的材料选用的好，沙土与混凝土才可以牢靠的凝结在一起，因此基层应该具备一定的可变形能力及可与沙土、混凝土协调的能力[3]。

表1 建筑物基层试验方案

（2）沙漠常年干燥，通过沙漠明渠进行输水，水量的损失主要来源于两个方面：一是明渠水量的蒸发；二是渠道对水的渗透，要保证水的渗透量尽可能的低，只有这样，输水的损失才尽可能的低。因此应该选用渗透系数小的材料做为基层材料，才可以保证更好地减少明渠内的渗透水量，减少水量的损失。

（3）沙漠土质松软，抗渗透能力较差，在沙土与混凝土之间铺设的基层，应该考虑反滤性，选择满足保土及滤土作用的材料，再考虑到渗水会沿着结构汇到底部，因此基层材料的选择应该满足透水性。

4 戈壁明渠施工方案

4.1 土方填筑

（1）填筑前的准备：原地面测量，可采取双方联合测量进行，对测量成果整理进行报验现场监理签字确认，并保留原始测量数据资料；施工区域内光缆、电缆、集水井、虹吸管、用电井、通信水情设施设备在施工前进行整理、挪移、拆迁，做好标识等。

（2）清基处理：清除原基面腐植土、淤泥及杂物等并碾压，取样，达到设计基础面填筑要求，经现场监理验收合格并进行基础面测量后开始填筑。

（3）渠沿石拆除，避免损坏、松动原衬砌板面和损坏原防渗膜。

（4）填筑前应熟悉填筑料场的设计指标，督促施工单位对料场进行复查并上报料场复查报告，填筑料场的覆盖层剥离需经现场监理进行验收合格后方可取料；填筑料需进行野外碾压或生产性试验，以确定施工参数（包括铺料厚度、碾压变数、碾压机具、行走速度等），在确定施工参数并上报监理部批准后方可实施，现场填筑的施工参数以监理批复的指标为准。白砂岩填筑体在上土料前应将碾压形成的光面做拉毛处理后再上土料。

（5）填筑料压实指标：非粘性土相对密度D r>0.75,粘性土压实度P≥0.95。

（6）马道宽度4.5 m，马道外坡1∶1.75。填料宽度应超出设计边线0.5 m，边线碾压到位。施工单位在车辆卸料时应根据车辆斗容和每层土料厚度和宽度确定卸料长度，以避免多余填筑料进入渠道。

（7）填筑完一层后，现场及时检测压实指标并填入相应的表格，每个填筑单元完成后及时进行单元质量评定，单元评定资料做到即验即评。

（8）深挖方段渠道应根据边坡实际坡比和设计填筑高度，在保证填筑宽度前提下，计算出边坡网格拆除范围和挖除宽度，此项工作应在填筑前完成[4]。

4.2 修坡

（1）挖掘机刷坡时必须带刮板，粗修时要先挑好经线，根据经线进行修坡，现场人工要积极配合机械，严禁伤坡又不能留土太多。保护层控制在5 cm～10 cm。

（2）边坡坡顶达到设计高程，一般按板底高程控制（施工简单，有利于马道塑膜埋设）。

（3）精修坡时根据渠底高程和渠顶高程挂水平和对角修坡线，夯实，人工打夯前要先洒水润湿坡面，打夯机上行与下行时速度要慢。

（4）精修坡面密实平整，2 m 靠尺检测凹凸不超过20 mm，坡度为1∶2。

（5）按设计尺寸开挖隔梁槽。

（6）对夯实的内边坡进行取样，取样个数应满足单元评定的要求。

主要采取了取样试验和钻孔压注水检查手段，结果均满足设计要求。通过钻孔提取芯样分析，墙体连续性和完整性较好，满足设计要求。

4.3 膜下砂浆

（1）膜下砂浆厚度为3 cm,允许偏差：＞-0.3 cm，砂浆面密实、清洁，确保无杂物和尖棱突起，平整度满足规范要求。

（2）严禁在未终凝前的砂浆面行走。

（3）砂浆厚度采用角钢控制，仓面宽度不宜超过2 m，跳仓进行施工。

（4）边线顺直，达到设计尺寸。

（5）砂浆按配合比要求拌制，拌合物现场堆放时间不超过1 h 并要求覆盖。严禁初凝砂浆加水重新拌制使用，砌筑砂浆亦同。测定砂子含水量，及时调整砂浆拌合用水。砂石骨料称量使用电子秤，拌合现场有专门负责技术员[5]。

（6）单元完成后及时进行评定。

4.4 一布一膜铺设

（1）铺膜前要先将砂浆面清扫干净，确保无杂物和尖棱突起。

（2）焊接前要将接缝处擦拭干净。

（3）铺膜前检查焊接仓面所需膜的规格。

（4）一布一膜铺设应掌握外界温度，膜要铺设到位，禁止悬空。特别是隔梁槽、渠底坡角处。

（5）搭接形式为上游搭接下游，上行搭接下行。

（6）人工裁剪旧膜接口，保留10 cm 焊接面，焊接前清除表面泥沙及水泥浆，与新膜焊接后检查焊缝质量和旧膜孔洞情况，及时修补。

（7）焊接完毕将马道膜进行折叠，并覆盖压好。

（8）禁止在塑膜表面直接溜板，应设置专用滑道下板，仓面堆板时板下应设置柔软铺垫，做好对塑膜的保护。

（9）人工裁剪旧膜应在该段衬砌前进行并尽快焊接进行衬砌，如没有及时焊接和衬砌，应将其覆盖避免，避免日晒加剧老化。

5 结语

中国沙漠地区深居内陆，远离海洋，且周围有关山阻隔，我国是沙漠分布较广泛的国家，沙漠以干旱多风的气候特征、砂垄及树枝为主的地貌类型、较为丰富的动植物种群、脆弱易损的荒漠生态系统与我国西部各大沙漠生态环境大相径庭。戈壁明渠渠系建筑物地基进行施工之后，基层具备了一定的可变形能力及可与沙土、混凝土协调的能力，同时明渠渗透水量明显减少，输水量得到保证，此外明渠建筑物地基基层材料选择具有保土及滤土作用的材料，能够保证适当的透水性，明渠输水能力得到提升，保证整体工程的正常运行。此类在沙漠附近进行建筑物施工的工程，为我国发展沙漠资源提供了可以进行参考的案例，使得我国的资源得到充分的利用，同时在沙漠进行施工应该进行人工和机械防沙、治沙。还需结合工程自身的特性因地制宜。选择恰当的材料，极力保障工程的安全运行。