填方渠道沉降期問題初探

□李聚興

填方渠道沉降期問題初探

□李聚興

土堤填筑完成后預(yù)留沉降期的長短，一直是一個見仁見智的問題，究其原因是影響因素眾多、工程條件及人為因素千差萬別。本文結(jié)合南水北調(diào)中線邯邢段工程設(shè)計實例，從沉降機理方面入手，提出了解決沉降問題的工程技術(shù)措施。

填方渠道；沉降期；探討

結(jié)合南水北調(diào)中線總干渠工程設(shè)計，筆者對填方渠道預(yù)留沉降期問題進行了初步分析和探討。渠道填筑完成后，后續(xù)施工的混凝土襯砌板對渠堤的沉降較為敏感，沉降變形過大會引起襯砌板開裂，嚴重時襯砌板底面會出現(xiàn)滑動、脫空等現(xiàn)象，影響到工程安全。因此，有必要找出沉降變形的主要影響因素，采取針對性工程技術(shù)措施，制定出合理的施工沉降期。

1.渠堤沉降變形機理分析

填方渠道沉降包括渠堤土體沉降和基礎(chǔ)土體沉降兩部分。

對于渠堤本身而言，填筑過程中施加了壓實功，并按最優(yōu)含水量進行了控制。正常狀態(tài)下，可以認為堤身填筑完成后其固結(jié)過程已基本完成。

對于基礎(chǔ)土體則完全不同，基礎(chǔ)土體自然隨機分布，需要一定的時間才能完成土粒間結(jié)構(gòu)調(diào)整以及排水排氣等固結(jié)過程。這一固結(jié)過程的長短，與基土壓縮層厚度、土體結(jié)構(gòu)、飽和程度、排水條件等因素有關(guān)，是一個十分復(fù)雜的固結(jié)過程。

2.沉降變形的主要影響因素

2.1 土體含水量

在堤身填筑過程中，受土料場條件變化，上壩土料的含水量總會與最優(yōu)含水量存在偏差，有時偏差甚至很大。對于含水量偏干的土，包圍土粒的薄膜水厚度較小，土粒間摩擦力大，難以碾壓緊密。筑堤完成后，在降水或渠堤內(nèi)水浸潤作用下，土粒間薄膜水厚度增大、摩擦力降低，會出現(xiàn)二次固結(jié)變形。

渠堤下面天然基礎(chǔ)土體的含水量變化更為劇烈。筑堤完成后，對于含水量偏干的基土，受降水、渠道滲水等影響下，基土?xí)霈F(xiàn)二次固結(jié)變形。對于含水量較高的基土，當遇地下水位降低而孔隙水壓力消散時，基土也會發(fā)生二次固結(jié)變形。

由此可見，筑堤土和地基土含水量變化所引起二次固結(jié)變形具有隨機性，難以預(yù)測其發(fā)生的時間和地點。

2.2 施工中人為因素

就目前土方施工情況來看，農(nóng)民工為主要施工力量，同時取土、運輸、碾壓等機械施工環(huán)節(jié)，操作人員也多缺乏土體基礎(chǔ)知識，再加上施工管理人員“浮躁”，當進度與質(zhì)量產(chǎn)生矛盾時，進度往往占據(jù)上風(fēng)。這些人為因素的影響不易預(yù)判和掌握，具有較深的隱蔽性。

3.消除影響的主要技術(shù)措施

3.1 預(yù)留沉降期

土的固結(jié)程度與固結(jié)時間長短成正比，前期固結(jié)比較快，一般認為工程施工期間即可完成總沉降量的80%～90%。中科院武漢巖土所專門就南水北調(diào)中線總干渠河南段填方渠道沉降進行了研究，根據(jù)典型斷面實測資料，按照固結(jié)理論計算，填筑完成后需要180～1110天方能完成總沉降量的90%。三峽大學(xué)也對河南段高填方渠道6個典型斷面進行了沉降分析研究，認為填筑期間沉降量完成86%以上，3個月后可完成總沉降量的94%以上。

上述實例可看出，由于工程條件、地質(zhì)條件、施工因素不同，導(dǎo)致沉降計算成果差異巨大。這也說明沉降問題的復(fù)雜性，不能完全依賴計算，要在此基礎(chǔ)上根據(jù)工程經(jīng)驗綜合分析確定沉降期。

根據(jù)總干渠邯邢段具體情況，綜合分析確定的沉降期為：填高＜3m的渠堤，不小于3個月；填高3～6m的渠堤，不小于6個月；填高＞6m的渠堤，不小于6個月，且需經(jīng)過1個雨季。

3.2 控制填筑速度

機械化施工大大加快了填筑速度，但過快的填筑速度不利于土體固結(jié)。在滿足施工總進度的前提下，合理安排填筑速度，盡量延長填筑時間，給每層土盡量多的固結(jié)時間。這樣既可減少不均勻沉降，也可降低施工強度，節(jié)省施工費用。

3.3 控制土料含水量

調(diào)控土料含水量可減少沉降量、縮短沉降時間，對于粘粒含量較高的土料，由于孔隙水排出條件較差，可選取最優(yōu)含水量的偏干側(cè)含水量；對于粘粒含量較低的土料，應(yīng)選取偏濕側(cè)含水量。

4.消除影響的主要工程措施

4.1 減小襯砌板分塊尺寸

對于沉降量較大的渠段，可適當減小襯砌板的分塊尺寸，消減沉降變形而引起的襯砌板內(nèi)應(yīng)力，防止襯砌板產(chǎn)生裂縫。

4.2 改變分縫形式

渠道沉降完成后，堤頂沉降量遠大于堤腳沉降量，致使堤身坡面長度縮短，造成襯砌板與堤身之間相互錯動或脫離，在雨水下滲等因素作用下，會加劇工程破壞。因此，應(yīng)將渠坡襯砌板的水平縫盡量設(shè)置為通縫，并具有合適的縫寬，利用通縫寬度消納剛性襯砌板的伸縮，保證襯砌板適應(yīng)堤身壓縮變形。

4.3 加大填筑壓實度

加大填土壓實度可消減筑堤土料粘粒含量含水量等自然缺陷帶來的不利影響，但這種工程措施代價較大，不宜大面積采用。

5.結(jié)語

填方渠道沉降是一個復(fù)雜問題，影響因素眾多且具有多變性，僅靠理論計算分析難以符合工程實際，應(yīng)結(jié)合工程經(jīng)驗綜合分析確定沉降期。

渠堤沉降是一個必然現(xiàn)象，不可避免，應(yīng)順其自然，利用代價小而效益大的技術(shù)措施來解決問題。如盡早安排高填方渠段施工，合理控制填筑速度，留出足夠的沉降期。

當技術(shù)措施不滿足要求時，可輔以必要的工程措施，如縮小襯砌板分塊尺寸、改變分縫形式、提高壓實度、利用水泥改性土等。但采用工程措施通常是會加大工程投資，需慎重對待?！?/p>

2016-05-06

李聚興，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院，副總工程師、正高級工程師。