新疆某引水干渠工程特殊基礎處理設計

【摘要】新疆某引水干渠工程的前期勘測設計工作歷時10年，有針對性的進行了大量的科學試驗和研究工作，其中輸水沿線特殊地質條件下的基礎處理設計具有代表性，可為國內相似工程的研究提供借鑒。

【關鍵詞】引水干渠；淤泥質；泥巖，地基處理；設計

1、引言

新疆某引水干渠工程地處北疆嚴寒地區，由于受引水工程起、末點高程限制，渠線沿山前沖洪積扇中、上緣布置，除洪水問題突出外，地形起伏較大，地質條件復雜，存在多種不良地質渠段。作為本工程的設計負責人之一，親自組織和參與了本工程長達10年的前期設計方案的研究論證，和近5年的工程建設實踐，設計難點和專題研究內容較多。本工程的建設實踐，飽含了廣大設計人員的付出，也凝結了新疆和國內一大批知名專家和教授、學者的智慧，目前已完工通水。本文通過總結本工程已解決的特殊地基基礎的研究成果，也可為國內相似工程的研究提供借鑒。

2、工程概況

新疆某引水干渠工程為Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級，設計洪水標準為P=3.33%，校核洪水標準為P=1%，工程區地震基本烈度為Ⅵ度。

干渠采用梯形明渠輸水，總長112.393km，設計縱坡i=1/10000，渠道底寬6m，內邊坡m=2.5，外邊坡1：1.5，渠頂馬道寬度5m，渠道的設計流量為55m3/s，設計水深為3.47m，流速為1.08m/s。渠道斷面采用10cm厚現澆板襯砌，采用專用的渠道襯砌機襯砌。采用兩布一膜（150g/0.6mm/150g）進行防滲，膜下鋪設3cm厚的 M10砂漿墊層或8cm厚的水泥穩定砂礫墊層。

沿線共設置交叉建筑物155座，包括4座輸水渡槽、8座節制退水分水閘、2座輸水箱涵、1座輸水隧洞、25座排洪涵洞、9座排洪渡槽、2座渡洪橋、17座納洪口，24座農渠涵、12座農渠渡槽、7座農渠倒虹吸、2座國道橋、4座公路橋、3座公路涵、22座農橋、3座人行便橋、3座集水井、1座入河口，同時改造自來水管道2處。

干渠在樁號64+180～66+940、77+950～78+150、78+250～78+500、80+700～81+000段為淤泥質基礎，在樁號81+600～109+400段穿越640臺地及640臺地南緣沖洪積扇中上部，基礎巖性主要為第三系的泥巖、砂巖互層，在73+500～76+500段通過富蘊—錫伯渡活動斷裂帶的影響帶。

3、渠基特殊地層處理研究

3.1 淤泥質基礎

渠道通過樁號64+180～66+940段，地下水位出露，形成沼澤區，蘆葦和紅柳生長茂密。本段除采用排水、換填表層粉土質砂和根植土層外，在本段建基面設置一層土工格室+回填砂礫石的措施對地基進行加固。土工格室采用GS—100—400型，高度100mm，焊接間距400mm，片材厚度1.0mm，鋪設寬度超出兩側渠基填筑寬度各50cm，本段共鋪設土工格室12.6萬m2?？紤]到冬季凍融對渠道坡腳的破壞，在渠道坡腳設置戧臺保護，戧臺高出水面高程1.5m，寬度2m，外邊坡1：1.5。為驗證處理措施的合理性，選取在本段的伴渠道路處率先使用該型號的土工格室+回填砂礫石的措施進行地基加固試驗，通過近2年的運行實踐，實測基礎沉降量僅0.5cm，結果表明加固效果良好，可推廣到該類條件下的渠道基礎加固中使用。

渠線通過樁號80+700～81+000段采用排水、換填方案，挖除上部淤泥層，采用TC10料場的砂礫石填筑，局部地段基礎面鋪設>8cm的砂石場棄料20cm，為方便施工，設置臨時施工便道輔助。對77+950～78+150段、78+250～78+500段由于地勢較低，排水困難，清除表層1m的淤泥層后，在該兩段采用鋪設一層土工格室+回填砂礫石進行加固，共鋪設土工格室8萬m2。

3.2 中強膨脹性的泥巖基礎

渠道后段穿越640臺地及640臺地中下緣，基礎為泥巖、砂巖互層，渠道以挖方斷面為主。泥巖具中強膨脹性，強風化層波速550～660m/s左右，弱風化層波速1800～2500m/s左右，干密度 1.8～1.90g/cm3，干抗壓強度為3.31～5.63MPa，飽和抗壓強度為0.041～0.056 MPa，膨脹力為69～129KPa，無荷載膨脹率為17～103%，崩解量100%，抗剪強度：干燥狀態下，C=500～800KPa，φ=32～36°；飽和狀態下，C=32～41KPa，φ=23～30°。

受640臺地上部滯水層的補給，以及640臺地開發灌溉回歸水的出露，在渠道開挖面的泥巖頂面出現滲水及地下水出流現象，造成泥巖開挖面的失穩塌滑破壞。因此該段渠道以外水源對渠道邊坡穩定的影響為主，渠道運行后的內水外滲對渠道邊坡的影響為輔，需要采取有效措施，保證泥巖基礎的穩定。

根據分析計算結果，結合已建工程的經驗，本工程采用“截、緩、換、排、防”相結合處理泥巖的措施。所謂“截”，就是采用截水溝等措施將地下滲水等外水攔截在渠道基礎邊坡以外一定的安全距離；“緩”就是采用放緩泥巖開挖邊坡至1：3，保證泥巖邊坡達到飽和狀態時滿足自身的穩定性；“換”就是在泥巖開挖面采用換填一定厚度的砂礫料，既起到一定的壓重作用，同時具備排水條件，其中弱膨脹性泥巖換填1m，中膨脹性泥巖換填1.5m，強膨脹性泥巖換填2m；“排”就是在渠道開挖面的泥巖頂部及渠底，設置縱、橫向的排水體，將進入渠道范圍的滲水及時通過所設置的縱向排水體進行匯集后，再通過橫向排水體排出渠道外，排水體由排水溝、無紡布、2～4cm中石、DN150～200mm軟氏透水管組成，滲水量大處設置2根透水管，滲水量小處設置1根透水管，縱排的縱坡取1/1000，橫排縱坡取1/100；“防”就是采用二布一膜（膜厚0.6mm，）進行防滲，截斷渠道內水外滲通道，避免渠道滲漏的水與膨脹性巖的接觸。

以上措施中排水是關鍵，依據渠道挖填情況和出水面位置，共分以下6種不同斷面型式進行處理：

①全填方斷面和半挖半填斷面：在渠道左坡腳2m外設置縱向排水溝，溝底高程為深入泥巖面1m以下，將水截排到沿線所設的排洪涵進口及渠底橫向排水中。

②全挖方斷面中出水面在渠頂馬道2m以上且距原地面小于2m：將左渠頂以上泥巖邊坡放緩到1：3，砂礫石邊坡放緩到1：2，在泥巖頂面距渠道邊坡2m外設置縱向排水溝，溝底高程為深入泥巖面1m以下，將水截排到沿線所設的排洪涵進口及渠底橫向排水中。在渠坡開口線以外不設截水溝。

③全挖方斷面中出水面在渠頂馬道2m以上且距原地面也大于2m：將左渠頂以上泥巖邊坡放緩到1：3，砂礫石邊坡放緩到1：2，在泥巖頂面距渠道邊坡2m外設置縱向排水溝，溝底高程為深入泥巖面1m以下，將水截排到沿線所設的排洪涵進口及渠底橫向排水中。另外在渠坡開口線以外2m設置截水溝，保護開挖面不受雨水沖刷。

④全挖方斷面中出水面在渠頂馬道以下且馬道原地面小于2m：將左渠頂以上泥巖邊坡放緩到1：3，砂礫石邊坡放緩到1：2，在泥巖頂面距渠道邊坡2m外設置縱向排水溝，溝底高程為深入泥巖面1m以下，將水截排到沿線所設的排洪涵進口及渠底橫向排水中。在渠坡開口線以外不設截水溝。

⑤全挖方斷面中出水面在渠頂馬道以下且馬道原地面也大于2m：將渠頂以上砂礫石邊坡放緩到1：2，在泥巖頂面距渠道邊坡2m外設置縱向排水溝，溝底高程為深入泥巖面1m以下，將水截排到沿線所設的排洪涵進口及渠底橫向排水中。另外在渠坡開口線以外2m設置截水溝，保護開挖面不受雨水沖刷。

⑥對已經塌滑的渠段，將塌滑體和已經軟化的泥巖體完全清除，在滲流面做好排水體后再采用砂礫料分層碾壓至設計斷面。

3.3 活動斷層帶基礎

渠道在73+500～76+500段通過富蘊—錫伯渡活動斷裂帶的影響帶，渠道基礎巖性為黑云母片麻巖、片巖和變質砂巖，渠道與斷裂帶走向基本平行。由于斷裂帶的活動，在樁號75+591.877～75+810段存在一條與渠道斜交近30°的不等寬的泥巖小斷層，其中與渠道北側相交處寬度10m，與渠道軸線相交處寬度100m，在渠道南側相交處寬度160m。根據試驗結果，該段泥巖具有中等膨脹性，同時推測該條小斷層未來具有小于50cm的活動變形量。

經設計計算并參考類似工程經驗，在該段渠道范圍內，首先在泥巖開挖面鋪設60cm厚的毛面片石層，除加大壓重外，充分利用片石與泥巖的摩擦系數較大的特性；其次在片石上部鋪設52cm厚砂礫石換填層，層內設縱向排水體，與75+500處所設的橫向排水體相連；然后設置8cm后的水泥膠結砂礫料墊層、兩布一膜防滲層，防滲層鋪設范圍為75+546～75+860；渠道表面設置30cm厚的預制砼塊，砼塊尺寸30cm×60cm，結構縫寬2cm，下部28cm采用聚乙烯隔縫板，表層2cm采用雙組份聚硫密封膠。該泥巖斷層與片巖基礎相交處設置2cm寬的變形縫，縫結構同預制砼塊結構層結構縫。

4、結束語

本工程通過大量的科學試驗和研究工作，取得了一系列的關鍵技術研究成果，既為本工程的合理設計和順利實施打下了基礎，也為干旱、嚴寒地區的渠道設計和建設提供了一定的經驗，尤其是輸水沿線特殊地質條件下的基礎處理方案設計，具有代表性，可為國內相似工程的研究提供借鑒。

參考文獻：

[1]地基處理手冊編寫委員會，地基處理手冊（第二版）[M].北京；中國建筑工業出版社，2000.8。

[2]SL232-2006，渠系工程抗凍張設計規范[S]。

作者簡介：周應祥（1969—），男，甘肅人，高級工程師，主要從事大中型水利水電工程設計工作。