長距離引調水工程軟基分類及處理措施
——以鄂北水資源配置工程為例

黃淦成，方 平，陳 梵

(湖北省水利水電規劃勘測設計院，湖北 武漢 430064)

0 引 言

近年來，大量的工程實踐和研究使軟土地基處理得到了迅猛發展。許多學者利用沉積環境和工程特性，對軟土分類開展了研究，并取得了一些進展：如尹明泉等[1]將魯北平原軟土分為陸相、淺海相及過渡相3種成因類型；符必昌等[2]考慮地質環境因素和物理力學指標，將昆明地區淺層軟土分為湖相、沼澤相、河灘相等3種大類和5種亞類；閻長虹等[3]對連云港、南京、吳江、盱眙等地開展了較系統的研究，將江蘇省域內軟土分為4種類型。在軟土地基處理上，董亮等[4]探索了較薄軟土地基的特性和高速鐵路的軟土地基處理；張皖湘[5]通過對單樁及多樁復合地基的靜荷載試驗進行對比研究，分析了垂直荷載下樁的持力特性；朱軍等[6]基于 Biot 固結理論，將地基和天然地基視為復合土層，研究了復合地基的沉降變形規律；張鋼[7]在分析水泥攪拌樁加固機理的基礎上，提出了考慮群樁效應的方法。這些分類方法和處理成果多專注于學術研究或特例，而對于兼顧軟土分類和處理并有利于工程實施的方法還需要進一步探索。

本文在地質素描的基礎上，通過輕型動力觸探、靜力觸探、鉆孔原位試驗，結合室內試驗成果，對前期勘察階段未揭示的小范圍軟土地基進行補充勘察，掌握引水線路沿線軟土地基的分布特征、性狀，并結合已有的地基優化設計方案，分類給出軟土地基優化設計的地質建議，為施工圖階段勘察設計提供參考。

1 工程概況

湖北省鄂北地區水資源配置工程是從丹江口水庫清泉溝隧洞進口引水，線路全長269.67 km，沿途穿越老河口市、襄州區、棗陽市、隨州市，終于孝感市大悟縣。引水建筑物主要包括明渠、暗涵、隧洞、倒虹吸、渡槽等建筑物形式，其中暗涵、倒虹吸主要分布于棗襄盆地的Q2，Q3，Q4黏土及粉土地層，總長度107.067 km，占引水線路總長度的39.7%；沿線穿越的(古)河道、溝渠、堰塘等部位存在湖積、沖湖積成因的淤泥、淤泥質土地層，地基承載力較低，大多不能滿足引水建筑物對地基承載力的要求，需進行地基處理。

2 引水線路軟基分類

2.1 分布范圍

引水線路主要穿越唐西地區、唐東地區、隨州府澴河北區以及大悟澴水區。其中唐西、唐東地區以崗地地貌為主，沿線地層主要為第三系Q2，Q3黏土地層，所屬流域為漢江流域；區內支流縱橫交錯，較大的支流包括唐河、白河、滾河等，較小的河流有紅腰河、李灣河、熊河、小黃河和黑清河等，在主要河道、堰塘、人工堤基、居民活動區等地分布有第四系湖積、沖湖積黏性土及粉土地層。

引水線路軟基主要分布于唐西地區、唐東地區及其交界區域的夾河套地區，其中以夾河套地區沖積、沖湖積地層分布最為廣泛，在唐河、白河左右岸分布長度2～3 km，在唐東及唐西其他地區則主要零星分布于河流及溝塘附近。

2.2 成因及特點

根據設計要求，引水線路沿線建筑物所需地基承載力一般應不小于100 kPa。該引水線路以長距離引水建筑物為主，沿線穿越溝塘、河湖，存在較多軟土地基問題。為滿足引水建筑物對地基承載力的要求，需對沿線含水量大于液限、孔隙比大于1.0的高含水量、高壓縮性軟土地基進行處理，使其達到建筑物設計承載力要求。

軟土地基受沉積環境、氣候條件、地形地貌、地層巖性、人類活動等不同的因素影響，表現出不同的性狀和特點。引水線路沿線軟土成因及特點見表1。

表1 引水線路沿線軟土成因及特點

2.3 軟土地基分類

引水線路沿線軟土地基存在排水性差、承載力低、壓縮性強、厚度變化大的特點。根據沉積時代、沉積原因及后期活動的不同，沿線基坑開挖及補充勘察揭示的軟土厚度一般為0.5～10.0 m，承載力特征值為40～100 kPa[8]，壓縮模量為2.0～4.2 MPa。為提供模塊化地質邊界條件、縮短施工圖階段補充勘察工作周期、避免延誤總工期，根據建筑物設計相關規范及引水線路沿線軟土地基的成因及特點，將引水線路沿線軟基根據成因、厚度、承載力進行類別劃分；以軟基處理換填極限厚度3 m(規范法)及軟、可塑界限承載力特征值80 kPa作為重要影響因素，以軟基成因、降雨、施工期活動等作為一般影響因素。引水線路軟基劃分原則見表2。

表2 引水線路沿線軟土地基劃分原則

結合軟土地基分類原則、引水線路沿線軟土地基特點，并考慮引水線路各軟基段區分度明顯、便于設計變更、利于施工等因素，將工程地質條件或基礎處理類型相似的地段進行歸并。引水線路沿線軟土地基可劃分為A，B，C，D共4類，工程地質條件依次由差向好。引水線路沿線軟土地基分類見表3。

表3 引水線路沿線軟土地基分類

3 軟基處理措施

隨著基礎設施建設的飛速發展，軟土地基的處理技術也日趨成熟。常見的軟土處理措施主要包括預壓法、注漿加固法、強夯法、換填法、拋石擠淤法、復合地基法、微型樁基法等[9]。軟土地基處理方法的選取與加固效果、技術、工期以及工程造價和投資額有關。常用軟土地基處理方法比選見表4。

根據軟基處理方法的比選，結合鄂北工程建成通水的緊迫性，以及鄂北崗地軟土地基分布范圍小、總體埋深較淺的特點，在引水建筑物軟基處理過程中采用了以換填法、復合地基法為主，其他加固方法為輔的軟基處理措施：① 對工程地質條件差的建基面軟土地基層厚3 m以上、承載力80 kPa以下的A類軟土地基，采用樁型基礎保證建筑物持力層穿過軟土層和有效控制地基沉降變形；② 對工程地質條件較差的建基面軟土地基層厚3 m以上、承載力80 kPa以上，或者建基面軟土地基層厚度在2～3 m、承載力在80 kPa以下的B類軟土地基，采用砂礫石、碎石土對軟土地基部分或全部換填以保證建筑物對地基承載力的要求；③ 對工程地質條件一般的建基面軟土地基層厚2～3 m、承載力80 kPa以下，或者建基面軟土地基層厚0.3～2.0 m、承載力80 kPa以上的C類軟土地基，建議采用砂礫石、改性土、素填土等淺層換填措施，可有效解決建筑物對地基承載力的要求；④ 對工程地質條件稍好、受雨水沖刷、浸泡形成的層厚0.3 m以下的D類軟土地基，采用粗砂、砂礫石、素混凝土等換填。引水線路沿線軟基建議處理措施見表5。

表4 軟土地基處理方法比選

表5 引水線路沿線軟基建議處理措施

根據引水線路沿線軟基分類原則，建筑物開挖過程中所揭示軟基段的分類情況統計見表6。

表6 引水線路沿線軟基分類情況統計

選取引水線路沿線軟土地基樁號11+880～11+970、13+850～14+050、宋彎排洪涵洞段為軟基分類處理試驗段，其中樁號11+880～11+970段軟土類型為A類，采用水泥攪拌樁復合地基，樁長根據軟土層底高程變化取3.5～5.5 m，樁距1.0 m×1.0 m，處理達到凝期后，經載荷試驗檢測，地基承載力均能達到設計要求；樁號13+850～14+050段軟土類型為B類，淤泥質土厚度0.9～3.8 m，承載力85～100 kPa，經建筑物地基承載力修正后，采取換填0.9～1.6 m厚砂礫石的處理措施，處理后，經平板載荷試驗檢測，復合地基承載力合格；宋彎排洪涵洞段軟土類型為C類，軟土層厚0.5～1.5 m，采取軟土層全部換填砂礫石的處理措施，處理后的復合地基承載力達到建筑物設計要求。

按照軟基分類及相應處理措施處理后，軟土試驗段的驗證結果表明：引水線路沿線軟土地基的處理均能達到預期效果，且軟土地基處理方式更具針對性、簡便性、易操作性。

4 結 語

由于軟土地基一般分布范圍小，層厚變化大，在前期勘察未能完全被發現，而需要在施工圖設計階段進行補充勘察。為縮短補充勘察時間、節省工程工期，在掌握軟土地基分布范圍、厚度、地基承載力等地質條件的基礎上，對軟土地基進行分類，為設計提供模塊化地質邊界條件，有利于軟土設計變更方案快速形成，以滿足施工需求。

根據鄂北軟土地基成因、厚度、承載力情況，以軟基處理換填極限厚度3 m(規范法)及軟、可塑界限承載力特征值80 kPa作為分類界線。這種分類原則較符合該工程建設實際，應用于開挖揭示的軟土地基中，能夠較好地反映出建筑物地基土的性狀及工程特征，對提高施工圖階段勘察效率、輔助建筑物基礎設計具有一定的指導意義。

軟土地基的處理方法多且較成熟，從社會經濟效益、工程建筑特點考慮，換填法和復合地基加固法符合當前鄂北工程軟土分布范圍小、層厚不均一的特點，且在工程實際應用中能夠快速、經濟、高質量地解決建筑物對地基土承載力的需求問題。