新疆北岸干渠工程不良地質(zhì)渠段基礎(chǔ)設(shè)計問題及對策措施

□鐘 霞（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)建管局）

1 概況

新疆北岸干渠工程地跨兩縣一市及4個團場，全長127.34 km，工程為Ⅰ等大（1）型工程，渠道設(shè)計流量60m3/s，加大流量68m3/s。工程由干渠、水閘、輸水渡槽、輸水涵洞、隧洞、排洪建筑物及灌區(qū)交叉建筑物組成，主要任務(wù)是為北岸干渠灌區(qū)和察縣灌區(qū)13.77萬hm2灌區(qū)供水。

根據(jù)干渠渠線穿越地形、地貌特征，劃分為階地、洪積扇、低山丘陵區(qū)、中小型河流沖積區(qū)和沙漠區(qū)五大地貌單元，沿渠線分布的地層巖性主要為侏羅系及第四系地層，受不同地貌單元的控制，沿渠線巖（土）物理力學(xué)性質(zhì)差異性較大，地基條件復(fù)雜多變。本工程涉及不良地質(zhì)渠段情況統(tǒng)計見表1：

表1 北岸干渠工程涉及不良地質(zhì)渠段情況統(tǒng)計（初設(shè)階段）

2 工程涉及不良地質(zhì)情況

2.1 膨脹性巖渠段

本工程泥巖多分布在山前丘陵區(qū)，呈夾層狀分布，一般單層厚度5～10 cm，最厚達1.196 km。根據(jù)泥巖膨脹性試驗成果，泥巖屬弱～中膨脹巖，具有遇水易于膨脹，失水易于干縮開裂，抗風(fēng)化能力差，抗剪強度較低，成渠條件差等特點。

2.2 濕陷性黃土渠段

本工程沿線分布長度約48.51 km的黃土，占干渠總長度的38.09%。濕陷性黃土深度不大，一般在地表以下1～5m，大部分在2m范圍以內(nèi)，除丘陵區(qū)非耕渠段地表層0～1m屬于強烈自重濕陷性黃土，其余渠段均為輕微—強烈非自重濕陷性黃土，濕陷起始壓力為30～300 kPa，濕陷性黃土由地表向深部，濕陷等級呈逐漸變小的趨勢。

2.3 凍脹性土渠段

根據(jù)渠道沿線取土樣作顆粒分析試驗，渠線黃土、低液限粉土、低液限粘土、粉土質(zhì)砂顆粒粒徑＜0.05mm，含量為65%～87%，均大于6%，全長30.35 km，均屬凍脹性土，凍脹性級別為Ⅲ級。

2.4 欠固結(jié)軟土渠段

根據(jù)地勘成果，渠線在30+558～34+724渠段，分布長4.17km的欠固結(jié)軟土，位于地面以下1～2.50m，厚約1.50m。欠固結(jié)土即先期固結(jié)壓力小于現(xiàn)有覆蓋土重，如新近沉積粘性土、人工填土等，由于沉積后經(jīng)歷年代不久，其自重固結(jié)尚未完成，土層中的有效應(yīng)力小于土的自重應(yīng)力，隨時間增長，孔隙水壓力消散，變形還會增大。因此，欠固結(jié)土若不處理，干渠渠基存在變形等不安全因素。

2.5 魚塘淤泥渠段

干渠全線共穿越8個魚塘，魚塘平均寬度54m，深度2～3m，塘底分布1～2m厚的淤泥，地基承載力低，強度增長緩慢，加荷后易變形且不均勻，變形速率大且穩(wěn)定時間長，具有滲透性小，觸變性及流動性大的特點。鑒于淤泥軟土地基承載力低，壓縮性大，透水性差，不易滿足水工建筑物地基設(shè)計要求，故需進行處理。

2.6 高地下水位渠段

0+000～8+400渠段位于右岸Ⅰ級階地，上部為粘土質(zhì)砂，厚0.80～1.20m，下部為6～7m厚的卵石混合土，干密度2.00～2.14 g/cm3，滲透系數(shù)K=1.30×10-1～7.80×10-2cm/s，下伏第四系下更新統(tǒng)弱膠結(jié)半成巖的砂礫巖。該段地下水位較高，地下水主要為孔隙潛水，埋深1.00～1.50m，地下水的補給為上游河道的側(cè)向補給及北面Ⅱ級階地基座面溢出的地下水補給，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查此地下水也受河道水位的影響。其中樁號2+850～5+635半填半挖段渠道存在冬季不運行、渠內(nèi)低水位運行或檢修時高地下水揚壓力破壞及凍脹問題。

3 技術(shù)處理措施

渠道線路長，分布范圍廣，沿線各段不良地質(zhì)分布、巖（土）物理力學(xué)性質(zhì)及水文地質(zhì)差異性較大，采用單一的處理措施可能導(dǎo)致局部處理不完全或是部分工程量太大造成浪費，如處理不當(dāng)將影響渠道安全運行。因此，針對以上不良地質(zhì)情況，根據(jù)各段工程實際情況，綜合考慮安全與經(jīng)濟因素，分別采取不同處理措施。

3.1 膨脹巖渠段處理

本工程膨脹巖渠段主要存在渠基穩(wěn)定及挖填邊坡穩(wěn)定的問題，尤其本工程填方渠道地面坡度較陡（北山坡段地面坡度10°～40°之間），膨脹巖在附加應(yīng)力的作用下易產(chǎn)生蠕動和滑坡，影響渠基的穩(wěn)定。在解決好“水”與“土”的關(guān)鍵問題上，膨脹巖渠段基礎(chǔ)處理遵循“防滲排水、截流鋪蓋”的原則。

3.1.1 渠道襯砌部位

通過渠基隔水和排水，避免膨脹巖的含水量達到發(fā)生變形要求的程度。將渠基換填0.60m厚的砂礫石，并在砂礫石下鋪設(shè)復(fù)合土工膜（兩布一膜），防止?jié)B水與膨脹巖接觸，渠底砂礫石下設(shè)縱向排水溝，溝中回填級配礫石，同時采用縱橫排水將滲入水及時排出，確保渠基安全。

3.1.2 挖方邊坡處理

為確保膨脹巖邊坡穩(wěn)定通常采用放緩邊坡，在正常狀態(tài)下，膨脹土的自然穩(wěn)定坡度為1:40～1:50，最緩可達1:60～1:70，顯然，按照自然穩(wěn)定坡度設(shè)計渠道結(jié)構(gòu)坡是不科學(xué)的，也是極不經(jīng)濟的，經(jīng)比選采用投資小、易施工、無污染的邊坡粘土換填方案。

3.1.3 填方渠道處理

為防止填方渠道兩側(cè)坡腳積水過大，積水下滲，引起堤下膨脹土發(fā)生膨脹，渠道兩側(cè)2m范圍內(nèi)采用1.50m厚的粉土回填，且布設(shè)排水溝，盡量保持渠道兩側(cè)一定范圍內(nèi)的干燥，防止膨脹變形。

3.2 濕陷性黃土渠段處理

根據(jù)濕陷性黃土的特征和濕陷原理,結(jié)合工程濕陷性黃土分部及特點，綜合分析浸水法、擠密法、翻夯法和夯實法四種常用的濕陷性黃土處理方法，經(jīng)多次專家咨詢，本工程濕陷性黃土渠段主要從“防、治、排”三方面進行處理：

3.2.1 “防”的處理

本工程渠道均設(shè)置一道0.60mm的一布一膜作為防滲系統(tǒng)，鑒于土工膜用量大，膜本身及其焊接的質(zhì)量難保證，日光曝曬老化也不可避免，渠道防滲系統(tǒng)保證滴水不漏難度較大。考慮到本工程黃土天然狀態(tài)下滲透系數(shù)為K=1×10-4～1×10-5cm/s，試驗室內(nèi)輕型擊實（25擊）滲透系數(shù)達到K=1×10-5～1×10-6cm/s，根據(jù)其它工程經(jīng)驗，施工中采用重型壓實機械，滲透系數(shù)K可達到1×10-7cm/s左右，可見提高黃土的壓實指標(biāo)及加強施工碾壓質(zhì)量可加強“防”的力度。

3.2.2 “治”的處理

渠線穿越地物種類、數(shù)量較多，有村莊、高壓線、光纜、各種地下管網(wǎng)（輸水管、煤氣管、油管等）等，采用重夯或強夯需有較大的安全范圍，因此，對全線的半挖半填及填方渠道基礎(chǔ)內(nèi)濕陷性黃土層采用干擾小、影響小的翻填法處理；挖方渠道不作特殊處理，但考慮到樁號0+000～19+109段渠道及建筑物開挖砂礫石棄料較多，對此黃土挖方渠段（L=425m）兩側(cè)渠堤內(nèi)的濕陷性黃土進行換填砂礫石處理；（64+358～103+000）挖方渠道地形較陡，尤其左側(cè)渠堤厚度較薄，一旦發(fā)生沉降變形，出現(xiàn)較大滲水，易造成渠道出現(xiàn)事故，因此，對此黃土挖方渠段（L=2.02km）左側(cè)渠堤進行翻填處理。

3.2.3 “排”的處理

一是加強砂礫石墊層的排水。砂礫石墊層厚度≥40cm；嚴格控制填料中粒徑<0.05mm的土重占總土重的比例≤6%，以保證砂礫料的防凍脹要求。二是加強縱橫排水?？v排采用10～15 cm軟式排水管，并設(shè)置在最低處，為便于匯水，排水管底部坡度采用陡坡連接，管四周采用級配礫石回填，為便于排水，縱排坡度i=1/1000。黃土區(qū)橫排根據(jù)低洼地形布設(shè)，并在洪溝處設(shè)橫排，橫排內(nèi)滲水排至排洪建筑物出口或集水井，集水井定時抽排，夏季干渠運行時抽至渠道內(nèi)，冬季干渠不運行時抽至當(dāng)?shù)毓嗯畔到y(tǒng)。

3.3 凍脹性土處理措施

對凍脹土渠基處理，參考已建工程經(jīng)驗，并結(jié)合本工程沿線砂礫石料儲量豐富，采用砂礫石置換土基(厚度分別為40 cm、60 cm)的方案。另一方面，水、土、溫度是發(fā)生凍脹的三要素，切斷凍土地基在凍結(jié)前、后的補給水源和改變渠基土的結(jié)構(gòu)，是最常用的抗凍措施。在置換凍脹土措施后，根據(jù)渠段地下水埋深，仍需設(shè)置縱橫向排水系統(tǒng)，將渠道滲水或外水排出，以降低地下水和土中含水量。

3.4 欠固結(jié)軟土渠基

根據(jù)本工程欠固結(jié)土分布位置及特點，處理措施為半填半挖渠段由地面向下開挖2.50m，將渠道范圍內(nèi)欠固結(jié)土基本清除，剩余厚度不到0.50m，再回填0.50m厚的大卵石作為持力層；挖方渠段欠固結(jié)土基本在渠堤頂部，應(yīng)全部清除，清除厚度平均1.50m左右。并且在渠道左側(cè)地勢較低處設(shè)置排水溝，降低基坑面的地下水位，以利于持力層盡快形成，并確保持力層的穩(wěn)定。

3.5 魚塘淤泥渠基

對于淺層淤泥質(zhì)地基，普遍采用的方法為換填墊層法。經(jīng)計算及工程類比，換填厚度取1.50m，考慮到本工程魚塘淤泥厚度不大，地下水位并不高，均未超過淤泥層底部，予以全部清除，然后回填當(dāng)?shù)攸S土或卵石混合土，分層碾壓，壓實標(biāo)準(zhǔn)同填方渠道。

3.6 高地下水位渠段

0+000～8+400渠段高地下水位渠段為透水渠道，采用過塑鉛絲石籠護坡，渠道為梯形，底寬12m，高5.20m，邊坡1：2。過塑鉛絲石籠尺寸：2m×2m×0.30m，網(wǎng)格尺寸90×140，適用流速可達6m/s，其下設(shè)置反濾無紡布。經(jīng)滲流計算透水渠道滲水流量為5.50m3/s，此方案既可利用當(dāng)?shù)嘏潘ń?jīng)估算此排水渠5m3/s左右，排入河道1 km左右，必要時進行整治），又可滿足當(dāng)?shù)仡A(yù)留取水口的要求。

2+850～5+635半填半挖段渠道，采用內(nèi)排單向透水膜方案。渠道渠坡每塊現(xiàn)澆混凝土板（2.50m×2.50m）布設(shè)1塊單向透水膜（底板布設(shè)2塊），尺寸50 cm×50 cm，透水膜與防滲膜粘接。單向透水膜下部設(shè)置3 cm厚中粗砂墊層與原3 cm M10砂漿齊平，膜上設(shè)置3 cm中粗砂和7 cm厚無砂混凝土與渠道襯砌板表面齊平，其透水膜可以更換。

4 結(jié)語

新疆北岸干渠工程渠線長、流量大，因受地質(zhì)、地形條件的影響，遇到膨脹性巖、濕陷性黃土、高地下水及欠固結(jié)軟土等不良地質(zhì)問題，對該渠段的基礎(chǔ)處理是干渠渠道設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)問題之一，處理不當(dāng)將對渠道安全帶來極大隱患或造成投資浪費，為確保渠道運行安全和節(jié)約投資，設(shè)計結(jié)合各渠段特點采取了不同的技術(shù)處理措施。同時，因地基處理都是隱蔽工程，很難直接檢驗其效果，在施工過程中還應(yīng)加強質(zhì)量管理和監(jiān)測工作，采取可行的檢測手段，通過收集、觀察、分析數(shù)據(jù)，為下一階段的工作提供可靠的依據(jù)，才能克服土質(zhì)原有的缺點，使渠道最大限度地發(fā)揮作用。

[1]洪新，袁高軍，等.北岸干渠工程初步設(shè)計報告[R].新疆烏魯木齊:新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，2011.

[2]水利水電工程單元工程施工質(zhì)量驗收評定標(biāo)準(zhǔn)—地基處理與基礎(chǔ)工程（SL633—2012）[S].北京：中國水利水電出版社，2012.