新疆某大型渠道矩形槽工程濕陷性黃土地基處理

夏治濤

（新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，新疆 伊犁 835000）

濕陷性黃土是一種性質(zhì)特殊的土，其土質(zhì)均勻、結(jié)構(gòu)松散、孔隙發(fā)育。在天然濕度下，壓縮性小，強(qiáng)度高；但當(dāng)在壓力下受水浸濕，土的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生迅速破壞，產(chǎn)生附加下沉，強(qiáng)度則隨之極大降低。所以在濕陷性黃土存在的工程中根據(jù)建筑物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對(duì)不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度，選擇經(jīng)濟(jì)合理的地基處理方法，防止地基濕陷對(duì)建筑產(chǎn)生危害。本文以BAGQ 工程矩形槽段為例，通過(guò)比選選擇合適的基礎(chǔ)處理方案。

1 基本情況

BAGQ 工程位于新疆伊犁境內(nèi)，渠道全長(zhǎng)128 km，引水流量為60 m3/s。工程主要由干渠渠道、隧洞、干渠倒虹吸管、輸水渡槽、節(jié)制閘、退水閘、分水閘、排洪建筑物等組成。輸水矩形槽樁號(hào)72+113.25～73.403.25，布置于清伊高速至排洪渠之間，長(zhǎng)度為1.29 km，主要由進(jìn)口漸變段、槽身段、出口消力池、連接渠四部分組成。根據(jù)地質(zhì)資料，該段為非自重濕陷性黃土，其中樁號(hào)72+300 表層約3 m 黃土濕陷性系數(shù)為0.047 6～0.113 3，屬中～強(qiáng)濕陷性；72+500～73+400 表層黃土2.5～3.5 m為0.123 4～0.104 5，屬?gòu)?qiáng)濕陷性。見(jiàn)表1。

表1 矩形槽段黃土濕陷成果表

基礎(chǔ)處理中對(duì)于濕陷性黃土基礎(chǔ)的處理，經(jīng)常采用的方法有：強(qiáng)夯法、擠密法、翻填法、浸水法等。其適用范圍為：①?gòu)?qiáng)夯法：一般能夠消除有效深度為3～7 m濕陷性黃土的濕陷性，當(dāng)土的天然含水量低于塑限含水量1%～3%、低于10%或大于塑限含水量3%時(shí)，建議對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行增濕或晾干處理。②擠密樁法：一般能夠消除有效深度為5～15 m 濕陷性黃土的濕陷性，成孔宜在地基土接近最有（或塑限）含水率時(shí)進(jìn)行，當(dāng)土的含水量低于12%時(shí)，需對(duì)基礎(chǔ)土層進(jìn)行增濕處理。③翻填法：是較為常見(jiàn)的一種處理濕陷性黃土渠道基礎(chǔ)的方法，對(duì)基礎(chǔ)濕陷性黃土開(kāi)挖后進(jìn)行制備，然后再分層回填壓實(shí)。④預(yù)浸水法：處理濕陷層厚度大于10 m 的自重濕陷性黃土。

本工程濕陷性黃土渠段長(zhǎng)1.29 km（槽身段），最大填高7 m，根據(jù)最新的地質(zhì)資料，矩形槽地面以下中～強(qiáng)濕陷性黃土平均厚度達(dá)3 m 左右，3 m 以下為弱或非濕陷性粉土。本工程濕陷性黃土渠段最大填高7 m，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，通過(guò)擠密樁法、強(qiáng)夯法、翻填法、換填砂礫石法及加強(qiáng)止水+排水防滲五種處理措施進(jìn)行比選，選擇經(jīng)濟(jì)合理的處理方案。

2 處理措施

1）方案一：擠密樁法

是指采用夯實(shí)、擠密等方式，使土體密實(shí)，土體抗剪強(qiáng)度提高，壓縮性減小的地基處理方法。是把帶有管塞、活門或錐頭的鋼管壓入或打入地下擠密土層形成孔，再往孔內(nèi)投放灰土、砂石等填料成的樁，能夠有效消除大厚度黃土的濕陷性。

本次采用素土擠密樁，樁孔直徑選用400 mm，樁孔按等邊三角形布置，樁孔之間的中心距離和樁孔數(shù)量按《濕陷性濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB 50025-2004 進(jìn)行計(jì)算：

增濕孔：由于該段濕陷性黃土的含水量低于10%，為使地基土層的含水量接近塑限含水量，需先打增濕孔增濕，然后開(kāi)始樁基的施工。根據(jù)已建類似工程經(jīng)驗(yàn)，增濕孔孔徑15 cm，孔長(zhǎng)3 m，孔距1.5 m。濕陷性黃土增濕采用地質(zhì)150 鉆鉆孔，孔深≤3 m，增濕中的水直接注入增濕孔中，采用5 t 履帶吊掛ZCQ13 型振沖器造孔并壓實(shí)，壓實(shí)過(guò)程中采用人工填料。

2）方案二：強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是利用履帶式強(qiáng)夯機(jī)將數(shù)十噸的重錘，從一定高度自由下落，對(duì)地基土體進(jìn)行夯擊，使土產(chǎn)生強(qiáng)制壓密而減少壓縮性、提高軟地基承載力的一種方法，尤其對(duì)消除非自重濕陷性黃土的濕陷性效果顯著，具有使用工地常用設(shè)備、施工工藝簡(jiǎn)單、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。強(qiáng)夯法可消除在4～6 m 深度內(nèi)土層的濕陷性，夯實(shí)法有效加固深度采取Menard 修正公式進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)計(jì)算H=3 m（6 m）厚的濕陷性黃土需M（夯錘重力）=4 t（10 t），h（落距）=8 m（10 m）。在使用強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土基礎(chǔ)時(shí)，土的天然含水量盡量低于塑限含水量1%～3%，若天然含水量低于10%需對(duì)土進(jìn)行增濕處理，宜對(duì)其增濕至接近最優(yōu)含水量，若土的天然含水量大于塑限含水量3%則需進(jìn)行晾干處理降低其含水量，但根據(jù)本地區(qū)部分類似工程濕陷性黃土地基強(qiáng)夯法處理實(shí)例，在天然含水狀態(tài)下加強(qiáng)擊實(shí)功的強(qiáng)夯處理濕陷性黃土也是可行的。如慶華工業(yè)園區(qū)（伊寧縣）濕陷性土層厚4～5 m，天然含水量3%～6%，采用高擊實(shí)功強(qiáng)夯處理。斯木塔斯水電站管理處風(fēng)積黃土層厚5～9 m，黃土的平均天然密度1.39 g/cm3，平均含水量5.6%，平均液限26.3%，平均塑限14.35%，平均塑性指數(shù)9.98，3 層辦公樓基礎(chǔ)采用天然含水強(qiáng)夯處理。

本工程矩形槽中強(qiáng)濕陷性黃土層3 m 厚，天然含水量3.4%～9.8%，借鑒同地區(qū)其它工程的處理經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)生產(chǎn)性試驗(yàn)進(jìn)一步論證天然狀態(tài)下強(qiáng)夯處理措施。

3）方案三：翻填法

翻填是將地基以下3 m 厚度的中強(qiáng)濕陷性黃土開(kāi)挖后進(jìn)行灑水置備，使其土體含水率接近最優(yōu)含水量，然后回填分層壓實(shí)，壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，以此消除土層的濕陷性。

施工方法：首先在開(kāi)挖斷面基礎(chǔ)表層進(jìn)行清表，然后補(bǔ)水悶料制備，至制備土料達(dá)到填筑最優(yōu)含水量偏差范圍之內(nèi)為止，制備好的濕陷性黃土由挖掘機(jī)挖裝，自卸汽車運(yùn)至填筑斷面，推土機(jī)平料、壓實(shí)機(jī)械分層壓實(shí)。

4）方案四：換填砂礫石法

將渠道基礎(chǔ)下3 m 厚度的中強(qiáng)濕陷性黃土開(kāi)挖后，采用砂礫石回填并壓實(shí)。

5）方案五：加強(qiáng)止水+排水防滲

影響該段矩形槽基礎(chǔ)發(fā)生濕陷沉降變形的水主要來(lái)自3 處：矩形槽止水或結(jié)構(gòu)破壞引起漏水；排洪渠未設(shè)防滲，有滲水的可能；高速公路、矩形槽、排洪渠3 座建筑物之間的雨水、融雪產(chǎn)生的地表水滲入。所以采取工程措施將以上來(lái)水消除，可保證矩形槽建筑物的運(yùn)行安全。①為減小或杜絕矩形槽漏水，可采用銅片止水，對(duì)比橡膠止水具有防滲效果好，適應(yīng)變形能力強(qiáng)（鼻高10 cm 能承受20 cm 的變形量），施工質(zhì)量容易保證的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在矩形槽結(jié)構(gòu)縫下挖橫排溝，溝內(nèi)設(shè)置軟式透水管，將滲水匯至矩形槽底部縱排中，于下游排入排洪渠。②對(duì)排洪渠進(jìn)行改造，增加防滲措施。③在矩形槽與高速路、排洪溝之間選擇合適部位修建排溝，收集兩側(cè)雨、雪水，在矩形槽下游排入排洪渠中。

3 方案比較（表2）

表2 濕陷性黃土處理方案比較表

4 結(jié) 論

從表2 工程投資、施工工序及工期、環(huán)境安全影響等方面分析，方案五結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，采用以防為主、防排結(jié)合的方式，充分考慮經(jīng)濟(jì)可行性，具有增加投資小、施工簡(jiǎn)捷、環(huán)境影響小及安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此推薦該矩形槽段濕陷性黃土地基工程處理措施采用方案五。