灌区节水改造工程砂砾石换填试验研究

张 波

（喀什地区水利水电勘测设计院，新疆 喀什 844000）

1 工程概况

巴楚县叶尔羌河灌区节水改造工程拜什托普支渠位于巴楚县西南部，距县城108 km，工程区年平均气温11.7℃，1月份最冷，平均气温-7.4℃，7月份最热，平均气温26.0℃；极端最高气温42.7℃，最低气温-24.2℃。无霜期长，封冻期较短，历年无霜期一般为213 d。多年平均冻土深度0.41 m，巴楚县城区域内的最大冻土深为0.65 m。支渠改建长度11.05 km，渠首端高程为1106.32 km，渠末段高程为1104.2 km。

2 工程地质条件

第①层为粉土：土黄色、松散～稍密，湿陷系数δs=0.001～0.003，为非湿陷性土，连续分布，其厚度为0.5m～2.5m之间；第②层为淤泥质土夹层：灰黑色、松散，湿陷系数δs=0.002～0.005，为非湿陷性土，连续分布，其厚度为0.25 m～0.60 m之间；中间夹少量粘土层，不连续分布，其厚度为0.20 m～0.50 m之间；第③层为巨厚的粉砂，青灰色，饱和、呈松散至稍密态、其厚度大于勘探深度。粉土层、淤泥质土层、粉砂层物理力学性质见表 1～3。

表1 粉土层物理力学性质表

表2 淤泥质土层物理力学性质表

表3 粉砂层物理力学性质表

拜什托普支渠的地基岩性以粉土、粉砂和淤泥及粘土为主。渠道边坡稳定性较差，边坡有变形破坏的可能。根据现场和室内试验所得的成果，建议内坡不应陡于1∶1.75。通过对此区域粉砂层的试验资料和液化初判方法，属液化土层。根据标贯实验，液化深度为7.0 m，因此需采取防液化措施。

3 砂砾石换填试验设计及施工参数

3.1 换填材料

为进行砂砾石换填试验，在工程区取料场选取三组试样，分别标号X1-1、X1-2、X1-3后，进行颗分、熔盐、有机质含量和击实试验。由于不均匀系数Cu＞5，曲率系数Cc∈(1，3)，所以三组试样级配良好，且含盐量、含泥量、有机质含量均符合《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012），换填材料试样参数成果见表4。

表4 换填材料试样参数成果

3.2 换填试验设计

3.2.1 试验方案

本工程换填材料选用天然级配砂砾石，碾压过程使用LG 518A机械驱动单钢轮振动压路机，单层虚铺厚度控制在450 mm±10mm，总的换填碾压层数为10层。碾压遍数根据所对应摊铺层实际密度确定，摊铺层承载力指标由平板荷载试验确定，摊铺层横向及纵向强度变动则由圆锥动力触探试验进行检验。最后根据换填垫层地基的均匀度和密实度指标检验和评价换填效果。

3.2.2 碾压遍数

选取5 m×30 m的试验区域进行最优碾压遍数试验，将在所设定的碾压遍数下进行换填垫层压实度试验，根据碾压遍数与压实度的对应关系（表5）进行最优碾压遍数的确定。

表5 碾压遍数与压实度的对应

由上表数据可知，当碾压遍数达到8遍时摊铺层压实度增加速度放缓，故应将振动碾压遍数设定为8遍，所对应的虚铺层厚度450 mm±10 mm，即采用1遍静压→8遍振动碾压→1遍静压的碾压试验工艺。

3.3 砂砾石换填试验施工参数

3.3.1 填筑土料

该渠道填方土料是首先充分利用老渠堤料，地层岩性为粉土和粉砂为主，粉土天然密度为1.82 g/cm3～1.88 g/cm3，干密度为1.48 g/cm3～1.53 g/cm3。根据室内击实试验，25击次最优含水量17.4%，最大干密度1.66 g/cm3。碾压时压实度必须＞0.96。取土时将表层0.2 m～0.5 m铲除，树根、草根都必须清掉。

根据实地勘探，工程所需填筑土料可从民生渠河床内开采。其岩性为粉土和粉砂混合土。天然含水量20%～30%之间，易溶盐含量低，可开采厚度1.0 m～1.5 m以上，可采量为1000万m3，开采时将表层0.1 m～0.3 m铲除，并必须翻晒。根据室内击实试验25击次，最优含水量16.8%，最大干密度1.54 g/cm3，粘粒含量6.9%，渗透系数2.8×10-3cm/s，除粘粒含量偏低，含水量稍偏高以外均满足规范要求，平均运距5.0 km，建议压实度控制在0.96。

3.3.2 碾压设备

所采用的LG518A机械驱动单钢轮振动压路机工作质量≥20 t，振动行驶速度≤2.5 km/h，振动轮静置荷载≥480 N/cm，激振力＞410 kN，碾压错位误差≤0.3 cm。砂砾石换填垫层施工时单层虚铺厚度实际为38.5 cm～45.0 cm，压实后的厚度为30.1 cm～35.0 cm，10层总换填碾压层数的总厚度为4.011 m，实际压实率达0.84。

4 地基换填效果检验

4.1 荷载试验

在拜什托普支渠换填碾压试验区域设置三处试验点M1、M2、M3，刚性承压板面积均按1.5 m2设计，并根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）的规定进行荷载试验，换填垫层承载力特征值所对应荷载均比最大荷载的一半要小。土层变形模量E0计算公式为：

式中：I0为承压板形状系数，本次试验所选用圆形承压板I0=0.791；μ为土体泊松比，此处取μ=0.283；p为应力～沉降量曲线上线性段承载力，kPa；s为应力～沉降量曲线上与p所对应的沉降量,mm；d为刚性圆形承压板直径,m，取d=0.6912 m。拜什托普砂砾石换填荷载试验结果见表6。

表6 拜什托普砂砾石换填荷载试验结果

综上，拜什托普支渠砂砾石换填垫层承载力特征值取770 kPa，土层变形模量取58.46 MPa。

4.2 重型圆锥动力触探试验

图1 重型圆锥动力触探试验结果

重型圆锥动力触探试验主要用于垫层横向及竖向强度变动趋势检验，在拜什托普支渠砂砾石换填试验区设置4个深度3 m的试验点T1、T2、T3、T4，重型圆锥动力触探试验所得击数与深度的关系见图1。图1表明，重型圆锥动力触探试验过程中击数在横向上的变换比价均匀，而在纵向上的变化随深度增加变动趋势增大，变动趋势规律及取值范围均符合《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）。

5 结论

本文对巴楚县叶尔羌河灌区节水改造工程拜什托普支渠砂砾石换填试验研究结果表明，换填法地基处理技术经济实用，地基处理方案以天然级配砂砾石作为换填碾压垫层符合承载力及变形的设计规范，对于拜什托普支渠工程地基处理完全适用，只要保证碾压遍数、填筑土料、碾压设备等参数选取的合理性与适用性，必将取得良好的工程效果。