大東溝跌水低液限粉土地基處理方法

楊玉春，孫利軍

（黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150090）

1 工程緣由

大東溝（十排干）跌水，位于八五三農(nóng)場大東溝上游，標(biāo)記樁號3+515，按10 a一遇設(shè)計(jì)流量67.65m3/s。由于大東溝坡降較大，原設(shè)計(jì)樁號4+000處曾建有跌水，建于1992年，1994年水毀。跌水毀壞后，大東溝跌水以下溝道沖刷嚴(yán)重，造成嚴(yán)重水土流失，為了盡快重建跌水，減少十排干下游溝道沖刷，2008年4月設(shè)計(jì)人員對現(xiàn)場進(jìn)行了查看。發(fā)現(xiàn)原跌水基礎(chǔ)、消力池基礎(chǔ)及擋土墻基礎(chǔ)發(fā)生傾覆，整個(gè)跌水破壞嚴(yán)重，已無修復(fù)可能。跌水基礎(chǔ)破壞底部及周圍均是粉砂，顆粒很細(xì)，水沖過痕跡明顯。初步分析跌水破壞主要原因可能為滲徑不夠，產(chǎn)生流土、管涌滲透變形，導(dǎo)致跌水破壞。為此，必須重建跌水工程。

2 工程區(qū)地質(zhì)勘察情況

為進(jìn)一步證實(shí)此判斷，設(shè)計(jì)人員根據(jù)現(xiàn)場情況，后經(jīng)過對溝道設(shè)計(jì)復(fù)核，選定在原跌水上游150 m（十排干上游樁號3+515）重建跌水。2008年6月，由佳木斯市四維建筑設(shè)計(jì)有限公司進(jìn)行了地質(zhì)勘察，揭露地層如下：

1）腐植土：黑色，含植物根系，松散，最大厚度0.5 m。

2）粉質(zhì)黏土：黃褐色，呈硬可塑狀態(tài)，土質(zhì)較均勻，頂板最小埋深0.3 m，最大埋深2.9 m，為弱透水層;地基承載力170 kPa。

3）低液限粉土：灰色，稍濕，稍密。含砂礫20% ～30%。頂板最小埋深1.5 m，最大埋深5.6 m，為弱透水層;地基承載力180 kPa。

4）粉土與中砂互層：粉土呈灰色，稍濕—濕，稍密單層厚30～40 cm，為弱透水層;中砂呈灰色，單層厚20～30 cm，稍密—中密，濕—飽和，顆粒級配不良，為透水層;頂板最小埋深4.3 m，最大埋深10.3 m。地基承載力160 kPa。

5）低液限粉土：灰綠色，稍濕，稍密，頂板最小埋深9.4 m，底板未揭穿，為弱透水層;地基承載力190 kPa。

6）低液限黏土：灰黃色，呈硬塑狀態(tài)，土質(zhì)均勻，頂板最小埋深16.7 m，底板未揭穿，為弱透水層;地基承載力200 kPa。

3 低液限粉土地基與處理方法分析

3.1 原跌水毀壞原因分析

1）根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007—2002粉土為凍脹土，凍脹等級為Ⅲ級。

2）根據(jù)地質(zhì)鉆探數(shù)據(jù)，用水閘設(shè)計(jì)公式，L=C△H復(fù)核，因低液限粉土是介于輕粉質(zhì)砂壤土和粉砂中間一種土壤，初步定C取11，則需要滲徑達(dá)33 m，現(xiàn)有跌水滲徑僅18 m，更進(jìn)一步證實(shí)了對跌水毀壞原因的判斷是基本正確的。

3）又通過對在三江平原低液限粉質(zhì)土主要分布在濃鴨河流域、別拉洪河流域和撓力河流域調(diào)查。發(fā)現(xiàn)低液限粉土對渠道和建筑物破壞主要表現(xiàn)渠道滑坡，建筑物發(fā)生滲透破壞，形成管涌，導(dǎo)致建筑物毀壞。以上3個(gè)流域建筑物破壞80%是此原因造成。

3.2 地基處理方案分析

2008年7月大東溝（十排干）跌水開始設(shè)計(jì)，并請教有關(guān)地質(zhì)專家，對粉土特性有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)：

3.2.1 低液限粉土的主要特征

低液限粉土，其特征是顆粒較細(xì)，遇水易分散、飽水易產(chǎn)生震動(dòng)液化，浸水承載力會(huì)顯著下降。含水量＞26%為強(qiáng)凍脹土，＞30%為極強(qiáng)凍脹土。遇水后對地基的穩(wěn)定及承載力有不良影響。并建議對此層進(jìn)行封閉、防水浸泡、防止沖刷，及防凍脹處理。

3.2.2 跌水設(shè)計(jì)方案比較

根據(jù)建筑物布置情況，基礎(chǔ)高程作用在低液限粉土和粉土與中砂互層上。

跌水設(shè)計(jì)應(yīng)該充分分析原跌水毀壞原因，用新方法進(jìn)行完善設(shè)計(jì)。針對此問題，設(shè)計(jì)最初基礎(chǔ)處理擬定2個(gè)方案：

3.2.2.1 第一方案采用高壓噴射水泥漿帷幕封閉基礎(chǔ)地基土

共2道，第一道位于跌水口基底板前端，兩側(cè)延伸至兩側(cè)擋土墻外邊緣;第二道位于消力池底板末端，兩側(cè)同樣延伸至兩側(cè)擋土墻外邊緣。

采用三管擺噴，孔距2.3 m。噴嘴提升速度為 6～10 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度為8～12 r/min。提升速度和旋轉(zhuǎn)速度可以根據(jù)現(xiàn)場施工調(diào)整。鉆孔底高程43 m，與底板連接處，擺噴頂部高于底板底高程20 cm;漿液材料以425號普通硅酸鹽水泥為主，濃度采用現(xiàn)場試驗(yàn)最好結(jié)果，在水泥漿中摻入2%～4%的水玻璃，以提高其抗?jié)B性。噴射時(shí)應(yīng)該注意以下事項(xiàng)：

1）如出現(xiàn)上粗下細(xì)的固結(jié)體，會(huì)影響固結(jié)體的承載能力或抗?jié)B作用，可采用增大壓力和流量或降低旋轉(zhuǎn)和提升速度等措施補(bǔ)救。

2）當(dāng)發(fā)現(xiàn)噴漿量不足而影響工程質(zhì)量時(shí)，采用復(fù)噴技術(shù)。

3）當(dāng)回漿量大于灌漿的20%時(shí)，可采用提高噴射壓力、縮小噴嘴直徑、加快提升速度和旋轉(zhuǎn)速度等措施。對回流漿液，在未達(dá)到水泥初凝時(shí)間時(shí)可回收利用。

4）根據(jù)工程需要調(diào)節(jié)噴射壓力和灌漿量，改變噴嘴移動(dòng)方向和速度。

質(zhì)量檢測采用鉆孔檢查，取樣不少于1%的鉆孔總數(shù)。

3.2.2.2 第二方案采用鋪蓋加基礎(chǔ)換填

進(jìn)口干砌石護(hù)砌及鋪蓋、U型槽底部加1.5 m深黏土鋪蓋，黏土壓實(shí)度達(dá)到93%;消力池底換填600 mm深礫石，礫石粒徑≥60 mm，礫石下?lián)Q填500 mm深級配良好砂礫，用振沖機(jī)振實(shí)，密度≥18 t/m3，換填范圍為上部為基礎(chǔ)下表面尺寸外延各2 m，下部尺寸同基礎(chǔ)下表面尺寸。

經(jīng)比較，一方案投資較小，但施工技術(shù)要求高，質(zhì)量控制難度大;二方案投資稍大，但施工簡單，質(zhì)量容易控制。考慮到建筑物實(shí)際施工情況，最后選定二方案。

為了慎重起見，在9 m進(jìn)口干砌石護(hù)砌下面加設(shè)了砂礫石10 cm和復(fù)合土工膜，并要求止水等措施按規(guī)范實(shí)施，保證止水質(zhì)量;這樣就保證了工程不發(fā)生滲透破壞，減少了凍脹破壞。

大東溝（十排干）跌水于2008年10底竣工，經(jīng)過2009年運(yùn)行，現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)良好。

當(dāng)然，建筑物地基處理方法是多種多樣的。大東溝跌水設(shè)計(jì)中對低液限粉土地基采取黏土鋪蓋及基礎(chǔ)換填處理方法只是其中之一，雖然取得了顯著成效，獲得了實(shí)踐檢驗(yàn)。時(shí)間畢竟還比較短，即使這樣，大東溝跌水對低液限粉土地基處理方法的經(jīng)驗(yàn)仍值得今后建筑物相似地基處理借鑒，為建筑物低液限粉土地基處理積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，也為建筑物低液限粉土地基處理方法提供了新的有益的嘗試。

[1]陳寶華，張世儒.水閘[M].北京：中國水利電力出版社，2003.

[2]中國建筑科學(xué)研究院.GB50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]中國建筑科學(xué)研究院.JGJ79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.