坪上應急引水工程供水管道基礎處理設計

韓明華

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原 030024）

1 工程概況

坪上應急引水工程分布在忻州市的忻府區(qū)、定襄縣、原平市和五臺縣境內(nèi)，工程建設目的是向忻府區(qū)、定襄縣、原平市三縣市提供城鎮(zhèn)生活和工業(yè)用水，工程線路總長123 km，其中壓力管道總長114.3 km（包括穿隧洞管道2.3 km），隧洞長11 km。

2 供水管道沿線典型不良地段地質(zhì)條件特點

由于供水線路長，所經(jīng)過的地段情況復雜多變，全線管道基礎建基面地層條件涵蓋了很多不良地基，包括飽和黏土（即橡皮軟土）地基、級配不良砂（即流沙）地基、濕陷性黃土地基、飽和淤積低液限黏土（即淤泥）地基等。現(xiàn)對上述典型不良地段的地質(zhì)條件特點進行說明。

2.1 飽和黏土（橡皮軟土）

供水干線宏道段地層屬第四系上更新統(tǒng)洪沖積低液限黏土，稍濕、濕，黏粒含量較高，可塑～軟塑，結(jié)構(gòu)較松散。據(jù)室內(nèi)土工試驗資料，其干密度為1.47～1.68 g/cm3，含水率為18.6%～28.9%，孔隙比為0.609～0.841，壓縮系數(shù)0.32～0.60 MPa-1，具中等壓縮性，天然快剪抗剪強度的凝聚力為5.3～18.7 kPa，內(nèi)摩擦角為19.5～25.5°，垂直滲透系數(shù)4.47×10-5～5.60×10-5cm/s，具弱透水性。低液限黏土作為供水管道持力層，地基承載力70～80 kPa，該段地下水位埋深1.8～3.5 m，需應采取排水措施。同時由于具中等～高壓縮性，地基土處于飽和狀態(tài)，排水困難，施工過程中施工機具碾壓后極易出現(xiàn)“橡皮土”現(xiàn)象，施工難度較大，必須采用地基處理措施。

2.2 級配不良砂（流沙）

供水管線河床段地層屬第四系全新統(tǒng)洪沖積含細粒土砂、級配不良砂，結(jié)構(gòu)松散，濕，砂的礦物成分主要為長石、石英、云母及一些暗色礦物，據(jù)顆分資料：礫粒含量0%～2.3%，砂粒含量86.4%～95.5%，粉粒含量2.2%～13.6%，不均勻系數(shù)Cu=2.7～2.8，曲率系數(shù)Cc=1.2～1.4。。該段地下水位埋深0.8～1.5 m，需應采取排水措施。管基持力層為級配不良砂，地基承載力70～80 kPa，該段管基持力層級配不良砂存在振動液化問題，必須采用地基處理措施。

2.3 濕陷性黃土

2.4 飽和淤積低液限黏土（淤泥）

3 不良地段管道基礎處理設計

根據(jù)第二節(jié)中不良地段的地層分布情況，在施工圖設計階段翻看了大量相關規(guī)范規(guī)程和已建工程的資料，從而確定了技術可靠、經(jīng)濟合理的管道基礎處理方式，現(xiàn)分別說明。

3.1 濕陷性黃土地基處理措施

濕陷性黃土地層段，管溝開挖后采取夯實處理，壓實系數(shù)應達到0.9以上，然后鋪填50 cm厚3：7灰土墊層，壓實系數(shù)應達到0.90以上。3∶7灰土的材料要求：石灰與土的體積配合比3∶7；土料應采用粉質(zhì)黏土（塑性指數(shù)小于4的粉質(zhì)黏土不能使用），不得使用塊狀黏土和砂質(zhì)粉土，不得含有松軟雜質(zhì)，并應過篩，其顆粒不得大于15 mm；石灰應采用貯存期不超過3個月的新鮮消石灰，質(zhì)量不低于Ⅲ級，其顆粒不得大于5 mm；石灰應消解3～4 d并篩除生石灰塊后使用。

3.2 飽和黏土地基和飽和淤積低液限黏土處理措施

對飽和黏土、級配不良砂和飽和淤積低液限黏土地段，初期設計采用換填50 cm厚的人工毛石基礎，人工毛石基礎應將毛石擠密，并采用粗砂灌縫密實，基礎頂面鋪設10 cm厚C10素混凝土找平。設計這樣的處理措施，主要是利用毛石破壞現(xiàn)狀土體結(jié)構(gòu)，加速排水。在施工過程中，發(fā)現(xiàn)采用這樣的工程措施，施工機具行走后，毛石被擠壓入土體內(nèi)，由于毛石之間的縫隙較大，土體上翻成流塑狀，導致無法繼續(xù)施工。后來經(jīng)過對各種換填材料進行反復試驗，確定了基礎處理的辦法，即開挖至建基面首先采取降水措施，然后換填50 cm厚碎石墊層，碎石粒徑應小于等于20 mm，石渣及石粉含量小于等于10%，碎石墊層相對密實度應達到0.67以上。具體做法詳見圖1。

圖1 飽和黏土（或飽和粉土或級配不良砂）地基橫斷面圖

碎石墊層究其本質(zhì)仍屬于換填法，其優(yōu)點是孔隙較原狀土體的縫隙大，一定程度上改善了現(xiàn)狀土體的排水能力，同時在墊層中加入少量的石粉又相比毛石基礎縫隙減小，不會產(chǎn)生原狀土體上翻現(xiàn)象。采用碎石墊層的處理辦法后，施工進度大大加快，這樣就節(jié)約了大量的排水費用，同時墊層采用的碎石和石粉均為石料廠的廢料，價格便宜，也節(jié)約了工程建設投資。

4 結(jié)語

為了適應經(jīng)濟發(fā)展的需要，大中型引調(diào)水工程的興建也越來越多，而作為引調(diào)水工程的重要組成部分的長距離輸水管道工程興建也發(fā)展迅猛，不良地質(zhì)條件下的管道基礎處理對于工程的安全至關重要，采取有針對性、合理、有效管道基礎處理措施對降低工程造價、施工工期的縮短以及供水期間的可靠運行均有重要意義，應引起設計單位及相關參建單位的足夠重視。