新疆某大型輸水工程濕陷性黃土地基處理方案分析

喬世軍

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

1 地質(zhì)資料

北山坡渠段東起鐵廠溝西至朝陽(yáng)隧洞，全長(zhǎng)約35.5 km。粉土分布52段，總長(zhǎng)度26.9 km，基礎(chǔ)土層巖性大部分為低液限粉土、含砂粉土，少部分為粉土質(zhì)砂，厚度2～20 m不等，干密度一般在1.4～1.64 g/cm3之間，屬中壓縮性土。根據(jù)室內(nèi)濕陷性及現(xiàn)場(chǎng)原位載荷試驗(yàn)表明該段土多具有濕陷性，輕微濕陷性下限多位于地表以下5～7 m，局部達(dá)10 m；中等濕陷性下限多位于地表以下2～3 m，局部達(dá)7.5 m。根據(jù)地形地貌可進(jìn)一步劃分2個(gè)地貌單元，分別為丘陵山坡區(qū)、沖洪積扇區(qū)（主要為樹(shù)林區(qū)、耕地區(qū)、植被不發(fā)育區(qū)）。

1.1 土的物理力學(xué)特征

洪積扇區(qū)：該段土層巖性大部分為上更新統(tǒng)～全新統(tǒng)沖洪積（Q3～4al+pl）低液限粉土、含砂粉土，少部分為粉土質(zhì)砂，厚度2～20 m不等。

丘陵山坡區(qū)：該段土層巖性大部分為上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q3eol）低液限粉土、含砂粉土，少部分為粉土質(zhì)砂，厚度2～20 m不等。

1.2 土天然含水分布情況

據(jù)試驗(yàn)，在整個(gè)北山坡段的261組數(shù)據(jù)中，天然含水率最大值為25.1%，最小值為0.7%，平均值為5.8%；大部分（共241組）為 1.3%～13%，約占總量92%，其平均值為5.2%。含水率3%～18%有200組，占76%?？梢?jiàn)北山坡段土的天然含水率很不均勻。

丘陵山坡區(qū)：含水率為0.7%～6.4%，平均值為2.2%。

沖洪積扇區(qū)：主要為樹(shù)林區(qū)、耕地區(qū)、植被不發(fā)育區(qū)，據(jù)試驗(yàn)，沖洪積扇樹(shù)林區(qū)含水率為4.1%～14.7%，平均值為8.4%；沖洪積扇植被不發(fā)育區(qū)含水率為3.6%～13%，平均值為7.2%；洪積扇耕地區(qū)含水率為2.5%～14%，平均值為5.6%。

1.3 北山坡段濕陷性土的分布及處理范圍

根據(jù)地形地貌可進(jìn)一步劃分2個(gè)地貌單元，分別為丘陵山坡區(qū)、沖洪積扇區(qū)（主要為樹(shù)林區(qū)、耕地區(qū)、植被不發(fā)育區(qū)）。沖洪積扇區(qū)濕陷性土的分布長(zhǎng)度21.855 km，占北山坡段濕陷性土總長(zhǎng)度81%。丘陵山坡區(qū)濕陷性土的分布長(zhǎng)度5.04 km，占北山坡段濕陷性土總長(zhǎng)度19%。

1.4 北山坡段濕陷性土的處理建議

考慮到北山坡段濕陷性粉土部分為自重濕陷，部分無(wú)自重濕陷。濕陷性土的起始?jí)毫Χ酁?0～30 kPa，較小，故對(duì)半挖半填、填方及局部全挖方渠道（即中強(qiáng)濕陷性土厚度超過(guò)渠道挖深）的濕陷性土均要進(jìn)行處理。根據(jù)以上原則，濕陷性土渠道處理長(zhǎng)度為23870 m。其中北山坡沖洪積扇區(qū)挖方渠道長(zhǎng)度1085 m（即中強(qiáng)濕陷性土厚度超過(guò)渠道挖深），占總比例約4%；半填半挖段長(zhǎng)度2800 m，占總比例約12%；填方渠道長(zhǎng)度15815 m，占總比例約66%；北山坡山坡區(qū)半填半挖段長(zhǎng)度160 m，占總比例約1%；填方渠道累積長(zhǎng)度4010 m，占總比例約17%。

2 處理措施

鑒于北山坡濕陷性渠段長(zhǎng)度較長(zhǎng)，濕陷性土層物理力學(xué)指標(biāo)較差，渠道位于北山坡坡面，坡度較陡，渠道南側(cè)北山坡坡下有清伊高速、國(guó)道、農(nóng)田、居民區(qū)及工廠等重要保護(hù)對(duì)象，因此，采取一定的工程措施進(jìn)行渠道地基濕陷性處理（濕陷性處理同時(shí)也對(duì)地基進(jìn)行了加固處理）是必要的。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)進(jìn)行三個(gè)處理方案的比選，即強(qiáng)夯法、翻填法及隔斷排水法。

2.1 方案一：強(qiáng)夯法

影響強(qiáng)夯有效加固深度的因素有夯擊能、錘底面積、土體干容重、土體含水量等。根據(jù)起吊設(shè)備、錘重、落距可分為重夯法和強(qiáng)夯法。重夯法可消除在1～2.5 m深度內(nèi)土層的濕陷性，強(qiáng)夯法可消除在4～6 m深度內(nèi)土層的濕陷性。在非自重濕陷性黃土區(qū)效果尤為明顯。夯實(shí)法采取Menard修正公式：H=k進(jìn)行有效加固深度計(jì)算，經(jīng)計(jì)算H=3 m（6 m）厚的濕陷性黃土需M(夯錘重力)=4 （t10 t），h（落距）=8 m（10 m）。

根據(jù)GB/T50600-2010）《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》“表6.3.1濕陷性黃土渠基處理方法強(qiáng)夯法適用的范圍和施工要求：土的含水量宜低于塑限含水量1%～3%”；另根據(jù)GB50025-2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》“6.3.4采用強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基，土的天然含水量宜低于塑限含水量1%～3%。在擬夯實(shí)的土層內(nèi)，當(dāng)土的天然含水量低于10%時(shí)，宜對(duì)其增濕至接近最優(yōu)含水量；當(dāng)土的天然含水量大于塑限含水量3%以上時(shí)，宜采用晾干或其他措施適當(dāng)降低其含水量。

北山坡渠道濕陷性基礎(chǔ)處理。北山坡渠段中強(qiáng)濕陷性土層2～5 m厚，局部7.5 m。丘陵山坡區(qū)（L=4.01 km）含水率為0.7%～6.4%，平均值為2.2%，較??；沖洪積扇樹(shù)林區(qū)含水率為4.1%～14.7%，平均值為8.4%；沖洪積扇植被不發(fā)育區(qū)含水率為3.6%～13%，平均值為7.2%；洪積扇耕地區(qū)含水率為2.5%～14%，平均值為5.6%。借鑒同地區(qū)其它工程的處理經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)夯處理是可行的（尤其含水率大于3%的濕陷性土）。但以上兩個(gè)工程實(shí)例強(qiáng)夯法偏重于加固地基，提高地基承載力（水的影響較?。?，該工程強(qiáng)夯法主要解決地基土層遇水濕陷沉降變形，因此，需通過(guò)生產(chǎn)性試驗(yàn)進(jìn)一步論證天然狀態(tài)下強(qiáng)夯處理的施工工藝。

2.2 方案二：翻填法

處理方案是將填方及半填半挖段渠基下2～5 m厚度的中強(qiáng)濕陷性粉土開(kāi)挖后，灑水置備，使其含水率接近最優(yōu)含水量，再回填并壓實(shí)，壓實(shí)度P≥0.98，在此壓實(shí)指標(biāo)下已消除土層的濕陷性。

施工方法：可劃分不同的施工單元在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行濕陷性粉土制備，制備好的濕陷性粉土采用2 m3挖掘機(jī)挖裝15 t自卸汽車(chē)運(yùn)至填筑面，118 kW推土機(jī)平料、人工輔助，羊足碾振動(dòng)碾壓實(shí)，分層填筑，邊角采用2.8 kW蛙式打夯機(jī)或0.7 t小型平板振動(dòng)夯分層夯實(shí)。

2.3 方案三：隔斷排水法

引起填方渠道基礎(chǔ)濕陷沉降變形水的來(lái)源主要是由于防滲系統(tǒng)破壞，渠內(nèi)漏水滲入填方地基，當(dāng)濕陷性地基土含水量達(dá)到一定含量，在其上附加荷載作用下引起地基沉降變形。若能夠采取一定的工程措施在滲水滲入濕陷性地基土前，隔斷或減小滲水，并將滲水順利排出，這樣也能保證填方渠道地基的安全。

該方案為填方渠道基礎(chǔ)清基碾壓后，先鋪設(shè)一層3 cm厚找平M10砂漿（若基礎(chǔ)土最大粒徑小于5 mm，則可以取消此砂漿）；其上設(shè)置一布一膜（膜厚0.4 mm），防滲膜需伸出渠道輪廓結(jié)構(gòu)線外2 m；膜上再設(shè)置10 cm厚粗砂層，作為防滲膜保護(hù)層及排水層；其上設(shè)置30 cm厚砂礫石作為反濾及排水層。

從工程投資、施工、環(huán)境影響、工程安全可靠性等方面分析，方案二翻填法施工工藝復(fù)雜，投資最大；方案三隔斷排水法投資也稍大，且工程安全可靠性小，但北山坡渠段工程安全可靠性要求較高（北山坡坡下有清伊高速、國(guó)道、農(nóng)田、居民區(qū)及工廠等重要保護(hù)對(duì)象，北山坡坡度較陡）；方案一強(qiáng)夯法具有施工工藝簡(jiǎn)單，工期短，與其它建筑物施工干擾小，工程安全可靠性高，投資小等優(yōu)勢(shì)，因此，推薦北山坡渠段濕陷性粉土地基工程處理措施采用方案一：強(qiáng)夯法。但采取天然狀態(tài)下（尤其北山坡大部分渠段含水率較低）強(qiáng)夯需進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)驗(yàn)證。

4 結(jié) 語(yǔ)

若采用強(qiáng)夯處理北山坡填方渠道濕陷性地基，建議北山坡比較重要的渠系建筑物，如排洪涵洞、交通橋及交通涵洞等基礎(chǔ)均采取強(qiáng)夯法處理，尤其涵洞基礎(chǔ)采用強(qiáng)夯不僅可減小砂礫料的換填厚度，節(jié)省投資，而且可進(jìn)一步提高涵洞段渠道的安全可靠性。