石頭河水庫供水工程周至富仁段不良地基分析及處理

楊俊亮

（陜西省咸陽市水利工作隊(duì)，陜西 咸陽 712000）

1 工程概況

咸陽市石頭河水庫供水工程周至段輸水管線南起馬召鎮(zhèn)引水口（樁號0＋000），管線沿渭河南岸一級黃土臺(tái)塬向北，途經(jīng)過秦嶺山前洪積扇、黑河漫灘、渭河河床,穿渭河至咸陽。周至段引水管道采用鋼筒混凝土管道，管線基礎(chǔ)處理類型有砂礫石弧形基礎(chǔ)、砂礫石換填0.6 m混凝土基礎(chǔ)兩種類型，管道全長20.372 km。富仁鄉(xiāng)段管線樁號為16＋060～20＋372，途徑渭興村、渭豐村、縣林場、鄉(xiāng)農(nóng)場，主體工程為安裝鋼筒混凝土管(PCCP管)道800多節(jié)、鋼管件100多米、鎮(zhèn)墩10座、排氣閥井8座等。該段鋼筒混凝土管內(nèi)徑為1.8 m，工作壓力1.2 MPa～1.4 MPa，最大埋深6 m，最小埋深2 m，單節(jié)長度為5 m，重約 13 t。

富仁鄉(xiāng)北靠渭河，南鄰黑河與沙河，是黑河與渭河的夾心地帶，該段沙河自西向東流，黑河也在其正南方向不足1 km處拐彎也自西向東流，北面有渭河自西向東流，該段地下水埋深為1.0 m～2.5 m，且水量豐富。施工圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)處理類型，從17＋455～19＋431.5段為砂卵石基管溝、弧形砂礫石基礎(chǔ)，但實(shí)際施工開挖后發(fā)現(xiàn)17＋455～18＋742段地基底部未見明顯砂卵石層，在實(shí)際施工過程中該段依照地基情況按照弧形混凝土、非濕陷砂基管溝施工。

2 地基類型判斷

輸水管道樁號17＋455～18＋742段基礎(chǔ)開挖后，目測地基與設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)明的砂卵石層類型不符。為了準(zhǔn)確判斷地基砂土層顆粒含量情況，對該段地基取樣進(jìn)行顆粒篩分，篩分粒徑含量情況詳見表1。

表1 地基土料篩分情況表

從表1數(shù)據(jù)可以看出該段地基土料顆粒含量集中在中細(xì)砂土類別，與砂卵石相差較大。為了探明這種砂土層深度，用1.5 m長的探釬對該段地基進(jìn)行了釬探，釬探深度詳見表2。依據(jù)設(shè)計(jì)說明，渭河中砂在Ⅶ度地震時(shí)液化，液化等級中等～嚴(yán)重，這種地層是屬于能夠液化的不良地質(zhì)基礎(chǔ)，需要挖除。挖除液化砂深度詳見表2。

表2 地基釬探及挖除液化砂深度表

在對該段地基釬探時(shí)，發(fā)現(xiàn)探釬插入地基（中細(xì)砂土層）下一定深度時(shí)會(huì)遇到較密實(shí)的薄層砂卵石層，但用力穿透后發(fā)現(xiàn)下層很松散，屬于松散的中細(xì)砂層，且深度不一，這表明該段地基下有薄層砂卵石夾層，并在局部表現(xiàn)為多層相間。這種地基對管道基礎(chǔ)來說，屬于不良地基，需要進(jìn)行加固處理。

3 地層成因分析及加固方法

從現(xiàn)場釬探情況來看，17＋455～18＋742段地基情況復(fù)雜，基礎(chǔ)開挖后地下水涌水量較大，涌出的水中含有不少細(xì)砂顆粒，說明具有一定流沙性質(zhì)。據(jù)史料記載清末民國時(shí)，渭河距周至縣城2 km，現(xiàn)今為6 km左右，沙河和黑河自西向東流的河道為渭河的故道。這也說明渭河在周至段不斷向北改道，其原因主要為黑河及沙河挾帶大量礫石、沙泥堆積在入渭口，形成三角洲式的沙灘，頂托渭河北移，富仁鄉(xiāng)為黑河與沙河頂沖渭河北移形成的泥砂灘地，地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，且有一定的流沙性質(zhì)。加之此段地下水豐富，地下水受南面的地勢坡降影響，有南北向滲流的承壓水，在渭河處出露。猜想該段砂土層受一定的承壓水浮托影響，這種影響也是造成該處地層松散有夾層的因素之一。

依據(jù)水利工程砂土類地基加固方法，常用的處理方式有砂礫石換填、水墜砂法、碎石振沖樁、水泥攪拌樁等方法。砂礫石換填法主要是減少基礎(chǔ)的沉降量，加速軟弱砂土層的排水固結(jié)，施工操作方便易行，是處理該地層的非常適用的方法，且造價(jià)相對較低。水墜法是通過水對砂子的水墜作用，使砂粒得以重新排列，進(jìn)而形成密實(shí)的砂土地基，但對于地下水豐富的中細(xì)砂層和復(fù)雜的層狀松散層，其效果不理想，并且砂土層的液化現(xiàn)象不能消除，對于該段地基是不理想的加固處理方法。水泥攪拌樁加固一般適用于地下水少或無地下水的淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土，且施工成本較高，施工費(fèi)時(shí)，對于本工程地下很豐富，滲透破壞力比較強(qiáng)的地層，并不適用。碎石振沖樁填料法也適用本工程，但依據(jù)參考文獻(xiàn)[1]可知，其施工造價(jià)大約是換填施工的2倍，且處理后地基承載力沒有換填法地基承載力高，施工機(jī)具較多，工期稍長，沒有換填法施工方便，不利于施工和操作。

通過以上對比和分析適合該地層換填法最適宜，且施工成本較低。經(jīng)建設(shè)、監(jiān)理、勘察設(shè)計(jì)單位同意，確定使用砂卵石換填法進(jìn)行地基加固處理，但換填料的確定和碾壓參數(shù)的確定需要現(xiàn)場試驗(yàn)來確定。

4 現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)及參數(shù)選定

采用換填法加固該段地基時(shí)，起初換填料采用70%開挖的基礎(chǔ)料混入30%的2 cm～4 cm砂卵石料,進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)碾壓三遍后碾壓面較為松散，無法取樣進(jìn)行灌水法測定干密度，隨后又碾壓3遍，碾壓面依然松散，不能進(jìn)行取樣坑檢。隨后調(diào)整了現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)方案，回填料分別用100%，70%，50%三種不同含量的2 cm～4 cm砂卵石料分三段進(jìn)行試驗(yàn)，灌水法取樣檢測結(jié)果詳見表3。

表3 分段碾壓試驗(yàn)檢測結(jié)果情況表

從表3可以看出，第一段換填料試驗(yàn)數(shù)據(jù)最低，第三段現(xiàn)場壓實(shí)效果次之，且現(xiàn)場壓實(shí)效果較差，第二段壓實(shí)度最高，其效果也最好。通過對三段回填料分別取樣送試驗(yàn)室做不均勻系數(shù)、最大和最小干密度試驗(yàn)，結(jié)果也是第二段回填料不均勻系數(shù)最小，干密度最大，最終選定換填料為第二試驗(yàn)段料。換填施工時(shí)還對碾壓遍數(shù)和鋪料厚度參數(shù)進(jìn)行了測定，從而依據(jù)參數(shù)進(jìn)行施工。測定時(shí)碾壓機(jī)具選擇了16 t自行式振動(dòng)平碾，振動(dòng)頻率30 Hz，激振力290 kN，鋪料厚度分為35 cm、45 cm、55 cm,在靜壓2遍后，振壓4、6、8遍，測定相應(yīng)的干密度及相對密實(shí)度，測定結(jié)果詳見表4。

表4 鋪料厚度及壓實(shí)遍數(shù)測定表

從表4中可以看出在相同的施工方法和施工工藝條件下，虛輔料厚度55 cm，所得的壓實(shí)系數(shù)偏小，振壓4遍時(shí)相對密實(shí)度達(dá)不到0.65的設(shè)計(jì)要求。虛輔料厚度35 cm，振壓6遍時(shí)，出現(xiàn)機(jī)械過剩的情況。虛鋪料厚45 cm最為合理，振壓遍時(shí)數(shù)控制在6遍。

5 處理效果

在換填該段不良基礎(chǔ)施工過程中，首先進(jìn)行顆粒篩分與釬探，掌握地基資料，確定加固處理方法，然后選定鋪料厚度、碾壓遍數(shù)，采用靜壓和震動(dòng)碾壓相結(jié)合的形式進(jìn)行施工。施工后測量基礎(chǔ)的沉降量均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，獲得了較好的處理效果。隨后還發(fā)現(xiàn)該段基礎(chǔ)處理后，換填過的基礎(chǔ)未見到地下水，而在其上游50 m的未處理段，基礎(chǔ)面排水量較大，說明原來疏松的砂層變成換填后級配合理的密實(shí)基礎(chǔ)后，地下水滲流路徑也發(fā)生了改變，向透水阻力小的方向滲流，這也表明換填效果較為理想。

6 結(jié)論

對咸陽市引水工程周至富仁段地層與設(shè)計(jì)圖紙不符時(shí)，利用簡單、常用的檢測方法，先弄清楚基礎(chǔ)地質(zhì)情況，再結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙確定消除不良地基的加固方法，最后進(jìn)行現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)，確定合理的級配料和碾壓參數(shù)。由于該類地層在含水量大的中細(xì)砂河流中，特別是有河流匯入的頂沖段或河道的推移段具有一定相似性，對這類地層的基礎(chǔ)處理好壞，決定了上部建筑物的穩(wěn)定與否，可為類似地層的河道及地基處理提供參考。