戈壁明渠渠系建筑物地基處理方案

盛東升

（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程資本資料

1.1 工程概述

北疆供水工程總干渠北起“635”水利樞紐，南至頂山分水閘；工程等別為大（Ⅱ）型二等工程，1997 年8 月動工興建，2000 年8 月1 日基本完工并轉入試運行[1]。渠底寬4 m，內外邊坡1∶2，縱坡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 聚乙烯塑膜防滲。渠道表面清潔，塊與塊之間接縫平整飽滿，混凝土預制板為邊長25 cm 的正六角形，為提高穩定性，每隔19.4 m 設一道橫向混凝土隔梁，渠線較順直，該工程糙率取0.017。渠段位于地質分布復雜的戈壁荒漠上，屬于高寒區地帶，日常氣溫溫差大，最高氣溫41℃,最低氣溫-42.7℃，多年平均降雨量112.7 mm,多年蒸發量2289 mm,相對濕度62%，最大積雪厚度28 cm，最大凍土深度1.5 m，氣候特點為冬季長而嚴寒、夏季短而炎熱。近期年引水量10.4 億m3，到2020 設計水平年工程改擴建后年供水量將達到18 億m3。

1.2 北疆氣候特點

以天山為界，分為南北疆，兩地氣候差異明顯。其中，北方地區屬于溫帶大陸性干旱半干旱氣候，一年的平均氣溫約為-4℃～9℃，全年降水量較少。南方地區屬于暖溫帶大陸性干旱氣候。北疆地區差異較大，最高氣溫曾經在吐魯番達到過48℃，最低氣溫出現在可可托海，曾低至-50℃。

1.3 北疆地形地質條件

北疆供水總干渠位于阿勒泰山南麓與準葛爾盆地西北邊緣間，渠線先后穿越河谷的IV 級階地及IV.V 級侵蝕，剝蝕平臺和烏倫古河沖洪積平原等三個不同地貌單元，烏倫古河以北段為泥盆系和石炭系的中硬—堅硬的巖石，中段為第三系的沙礫巖，砂巖，泥質砂巖等極軟巖，占渠線總長90%，尾部主要為烏倫古河階地的砂礫石層[2]。

2 砂基特點及加固必要性闡述

2.1 砂基特點

砂基是沙漠渠道的基礎，其主要存在的問題是當其遇到水之后會松軟，導致塌陷。其次砂層若是較為松散的話，其干密度較低，承載得動能力較弱，會發生很大的變形。若是采用松散的砂層直接作為建筑的基礎面的話，會使得基礎發生不均勻的沉降，并且由于變形大，導致滑坡等問題的發生，嚴重危害建筑物的安全。

2.2 加固的必要性

1）在目前國內范圍內，沙漠明渠在設計上國家還沒有明確的設計標準，在施工上也沒有明確的施工規范，這就使得沙漠明渠在建筑的任意一個環節上，無論是從設計、施工還是監理等方面來講，都是缺少相對成熟的經驗的。因此，保證沙漠基層面的穩定，是保證以后沙漠明渠的安全性和可靠性的基礎，為以后減少維修、方便管理打下基礎。

2）若土質為濕陷性土質的話，一旦積水，在水的作用下，土粒之間的結膜被破壞，導致土粒松散化，發生塌陷，對建筑物的安全運行造成威脅。由此可見一旦現場基礎發生變形，其特征是具有突變性、不可逆性的。但是沙漠砂在長期的風化作用以及負載的沉壓作用下，發生變形是不可避免的。因此必須采取相應的措施來保證基礎的穩定性。

3）由于沙漠沙土在長期的風化作用下，其表面都是較為松散的，但是對使用松散的沙土作為建基面進行處理，現在并沒有較好的方案。因此結合換填材料，對其進行加固，是保證渠床整體穩定性的必然措施。

3 基層選擇

在沙漠上進行明渠施工，對我國乃至世界都有著重要意義的工程，但是目前為止，可供施工參考資料太少。在材料的選擇上主要是要以今后的安全為主要考慮因素，而安全最主要的來源便是建造明渠基層的施工處理，因此研究明渠基層的施工方案是沙漠明渠建造的關鍵內容，關于基層的選擇主要考慮下面幾個方面：

（1）基層是作為沙土與混凝土之間連接的紐帶，就好像汽車的減震器，只有這“減震器”的材料選用的好，沙土與混凝土才可以牢靠的凝結在一起，因此基層應該具備一定的可變形能力及可與沙土、混凝土協調的能力[3]。

表1 建筑物基層試驗方案

（2）沙漠常年干燥，通過沙漠明渠進行輸水，水量的損失主要來源于兩個方面：一是明渠水量的蒸發；二是渠道對水的滲透，要保證水的滲透量盡可能的低，只有這樣，輸水的損失才盡可能的低。因此應該選用滲透系數小的材料做為基層材料，才可以保證更好地減少明渠內的滲透水量，減少水量的損失。

（3）沙漠土質松軟，抗滲透能力較差，在沙土與混凝土之間鋪設的基層，應該考慮反濾性，選擇滿足保土及濾土作用的材料，再考慮到滲水會沿著結構匯到底部，因此基層材料的選擇應該滿足透水性。

4 戈壁明渠施工方案

4.1 土方填筑

（1）填筑前的準備：原地面測量，可采取雙方聯合測量進行，對測量成果整理進行報驗現場監理簽字確認，并保留原始測量數據資料；施工區域內光纜、電纜、集水井、虹吸管、用電井、通信水情設施設備在施工前進行整理、挪移、拆遷，做好標識等。

（2）清基處理：清除原基面腐植土、淤泥及雜物等并碾壓，取樣，達到設計基礎面填筑要求，經現場監理驗收合格并進行基礎面測量后開始填筑。

（3）渠沿石拆除，避免損壞、松動原襯砌板面和損壞原防滲膜。

（4）填筑前應熟悉填筑料場的設計指標，督促施工單位對料場進行復查并上報料場復查報告，填筑料場的覆蓋層剝離需經現場監理進行驗收合格后方可取料；填筑料需進行野外碾壓或生產性試驗，以確定施工參數（包括鋪料厚度、碾壓變數、碾壓機具、行走速度等），在確定施工參數并上報監理部批準后方可實施，現場填筑的施工參數以監理批復的指標為準。白砂巖填筑體在上土料前應將碾壓形成的光面做拉毛處理后再上土料。

（5）填筑料壓實指標：非粘性土相對密度D r>0.75,粘性土壓實度P≥0.95。

（6）馬道寬度4.5 m，馬道外坡1∶1.75。填料寬度應超出設計邊線0.5 m，邊線碾壓到位。施工單位在車輛卸料時應根據車輛斗容和每層土料厚度和寬度確定卸料長度，以避免多余填筑料進入渠道。

（7）填筑完一層后，現場及時檢測壓實指標并填入相應的表格，每個填筑單元完成后及時進行單元質量評定，單元評定資料做到即驗即評。

（8）深挖方段渠道應根據邊坡實際坡比和設計填筑高度，在保證填筑寬度前提下，計算出邊坡網格拆除范圍和挖除寬度，此項工作應在填筑前完成[4]。

4.2 修坡

（1）挖掘機刷坡時必須帶刮板，粗修時要先挑好經線，根據經線進行修坡，現場人工要積極配合機械，嚴禁傷坡又不能留土太多。保護層控制在5 cm～10 cm。

（2）邊坡坡頂達到設計高程，一般按板底高程控制（施工簡單，有利于馬道塑膜埋設）。

（3）精修坡時根據渠底高程和渠頂高程掛水平和對角修坡線，夯實，人工打夯前要先灑水潤濕坡面，打夯機上行與下行時速度要慢。

（4）精修坡面密實平整，2 m 靠尺檢測凹凸不超過20 mm，坡度為1∶2。

（5）按設計尺寸開挖隔梁槽。

（6）對夯實的內邊坡進行取樣，取樣個數應滿足單元評定的要求。

主要采取了取樣試驗和鉆孔壓注水檢查手段，結果均滿足設計要求。通過鉆孔提取芯樣分析，墻體連續性和完整性較好，滿足設計要求。

4.3 膜下砂漿

（1）膜下砂漿厚度為3 cm,允許偏差：＞-0.3 cm，砂漿面密實、清潔，確保無雜物和尖棱突起，平整度滿足規范要求。

（2）嚴禁在未終凝前的砂漿面行走。

（3）砂漿厚度采用角鋼控制，倉面寬度不宜超過2 m，跳倉進行施工。

（4）邊線順直，達到設計尺寸。

（5）砂漿按配合比要求拌制，拌合物現場堆放時間不超過1 h 并要求覆蓋。嚴禁初凝砂漿加水重新拌制使用，砌筑砂漿亦同。測定砂子含水量，及時調整砂漿拌合用水。砂石骨料稱量使用電子秤，拌合現場有專門負責技術員[5]。

（6）單元完成后及時進行評定。

4.4 一布一膜鋪設

（1）鋪膜前要先將砂漿面清掃干凈，確保無雜物和尖棱突起。

（2）焊接前要將接縫處擦拭干凈。

（3）鋪膜前檢查焊接倉面所需膜的規格。

（4）一布一膜鋪設應掌握外界溫度，膜要鋪設到位，禁止懸空。特別是隔梁槽、渠底坡角處。

（5）搭接形式為上游搭接下游，上行搭接下行。

（6）人工裁剪舊膜接口，保留10 cm 焊接面，焊接前清除表面泥沙及水泥漿，與新膜焊接后檢查焊縫質量和舊膜孔洞情況，及時修補。

（7）焊接完畢將馬道膜進行折疊，并覆蓋壓好。

（8）禁止在塑膜表面直接溜板，應設置專用滑道下板，倉面堆板時板下應設置柔軟鋪墊，做好對塑膜的保護。

（9）人工裁剪舊膜應在該段襯砌前進行并盡快焊接進行襯砌，如沒有及時焊接和襯砌，應將其覆蓋避免，避免日曬加劇老化。

5 結語

中國沙漠地區深居內陸，遠離海洋，且周圍有關山阻隔，我國是沙漠分布較廣泛的國家，沙漠以干旱多風的氣候特征、砂壟及樹枝為主的地貌類型、較為豐富的動植物種群、脆弱易損的荒漠生態系統與我國西部各大沙漠生態環境大相徑庭。戈壁明渠渠系建筑物地基進行施工之后，基層具備了一定的可變形能力及可與沙土、混凝土協調的能力，同時明渠滲透水量明顯減少，輸水量得到保證，此外明渠建筑物地基基層材料選擇具有保土及濾土作用的材料，能夠保證適當的透水性，明渠輸水能力得到提升，保證整體工程的正常運行。此類在沙漠附近進行建筑物施工的工程，為我國發展沙漠資源提供了可以進行參考的案例，使得我國的資源得到充分的利用，同時在沙漠進行施工應該進行人工和機械防沙、治沙。還需結合工程自身的特性因地制宜。選擇恰當的材料，極力保障工程的安全運行。