南水北調(diào)潮河段渠基不良地質(zhì)特點及處理技術(shù)

(河南省白龜山水庫管理局，河南 平頂山 467000)

南水北調(diào)潮河段渠基不良地質(zhì)特點及處理技術(shù)

張會香姚蓬飛

(河南省白龜山水庫管理局，河南 平頂山 467000)

南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南至黃河南段潮河段，設(shè)計樁號SH(3)133+380～SH(3)179+227，起點位于河南省新鄭市梨園村，與雙洎河渡槽設(shè)計單元工程末端相連接，潮河段工程全長45.85km，沿線地質(zhì)情況復雜多樣。本文針對施工過程中遇到的濕陷性黃土等不良地質(zhì)條件，采取相應(yīng)的處理措施，效果顯著，為南水北調(diào)工程的建設(shè)與運行奠定了基礎(chǔ)。

南水北調(diào)；不良地質(zhì)；處理

1 工程概況

南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南至黃河南段潮河段，樁號SH(3)133+380～SH(3)179+227，起點位于河南省新鄭市梨園村，與雙洎河渡槽設(shè)計單元工程末端相連，潮河段工程全長45.85km，全段渠道地質(zhì)條件復雜，多處渠道底板位于黃土狀輕壤土中，具有輕微～中等濕陷性；多處渠道邊坡為粉砂、極細砂(Q4)可液化土層，屬輕微～中液化等級。施工過程中因強夯對臨渠村莊建筑物產(chǎn)生不利影響，噪音擾民嚴重，造成村民阻工，部分渠段強夯地基處理變更為換填。該設(shè)計單元主要對飽和地震液化砂土、濕陷性黃土等不良地質(zhì)進行有效處理。

2 飽和砂土防震液化處理技術(shù)

潮河段渠道土質(zhì)主要為粉砂、極細砂(Q4)可液化土層。

2.1 飽和砂土的特性

飽和砂土地震液化將使地基軟化，地面產(chǎn)生不均勻沉陷，影響渠道渠坡的整體穩(wěn)定性和安全性，情況嚴重者將導致渠道渠坡失穩(wěn)后滑坡、損壞、破壞，在外荷載作用下,飽和砂土地基可能從原來的固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)即液化,從而造成堤壩破壞或地基失穩(wěn)，造成災(zāi)害。

2.2 飽和砂土防震液化處理技術(shù)

飽和砂土地震液化地質(zhì)的處理，關(guān)鍵是要使其喪失產(chǎn)生液化的條件，強夯可以使其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，防止在震動條件失去承載能力。

經(jīng)試驗，確定強夯初定參數(shù)，強夯參數(shù)：單擊夯擊能2000kN·m；錘重23t(底面直徑φ2450mm)；夯擊10擊3遍，累計夯30擊；前2遍夯錘落距為9m，第3遍落距為6m；夯點布置：第1遍按正三角形布置，中距為6.50m，第2遍在第1遍夯點之間布置，第3遍滿堂布置，夯點用實心圓表示。夯實處理后，進行整平處理，夯點布置如圖1所示；強夯結(jié)束標準，每遍最后2擊的平均夯沉量不大于5cm，夯坑周圍地面不發(fā)生過大的隆起，不因夯坑過深發(fā)生起錘困難；設(shè)計處理深度6m；每遍間隔時間根據(jù)試驗結(jié)果定為2周。

圖1 夯點布置(單位：mm)

2.2.1 場地平整

夯實前，根據(jù)強夯試驗成果的夯沉量，進行平整場地。以大面為準，高地采用裝載機裝運至高程不足部位，然后采用推土機推平。局部高程仍然不足部位采用開挖的渠道可用土進行預填，預填高度為大面略平200mm，并整平。

2.2.2 夯前準備

對強夯施工區(qū)范圍，進行地面夯前高程測量。按夯點布置圖測設(shè)出強夯處理范圍，并按夯點坐標進行放樣?？拷迩f一側(cè)，在強夯外邊緣線4m開挖深度不小于3m、底寬1m、兩側(cè)坡比不陡于1∶0.70的減震溝。

2.2.3 強夯施工

夯機就位，施夯前檢查夯點偏位(偏差應(yīng)小于5cm)，測錘頂高程，檢查夯擊能否達到施工標準。在施夯過程中，逐擊測錘頂高程，檢查夯擊能和夯錘傾斜度(傾斜度不大于30°)；若夯錘傾斜度超標，在第一遍夯擊完成后用推土機將夯坑進行填平處理。

根據(jù)強夯試驗成果確定的施工參數(shù)，達到停夯擊數(shù)時同時應(yīng)滿足一個夯點夯擊次數(shù)的最后兩擊平均夯沉量不大于5cm，即可認定該夯點夯擊達到結(jié)束標準。換夯點重復以上步驟，以完成第二遍及第三遍全部夯點的夯擊任務(wù)。夯坑整平，測量夯后高程，確定每遍夯沉量和最終夯后場地高程。

在強夯試驗施工施夯過程中，按規(guī)定表格做好施夯過程中施工技術(shù)參數(shù)情況統(tǒng)計。

2.2.4 試驗檢測

在強夯施工結(jié)束后7天，在施工區(qū)現(xiàn)場取樣做消除濕陷性室內(nèi)試驗，在夯實范圍內(nèi)每100～500m2面積內(nèi)在各夯點之間任選1～2處，自夯擊終止時的夯面起至其下6m深度內(nèi)每隔1m取一次土樣，做室內(nèi)試驗；測定土的干密度和濕陷系數(shù)、天然干密度、檢驗處理深度。檢測結(jié)果滿足處理范圍內(nèi)土層的濕陷系數(shù)小于0.015和設(shè)計處理深度的要求。

2.2.5 施工應(yīng)注意的事項

夯前的含水量應(yīng)接近最優(yōu)含水量，含水過大或過小應(yīng)采取晾曬和灑水的方式修正，以保證強夯處理的效果。夯擊時，應(yīng)根據(jù)地下水位、基礎(chǔ)含水量、夯擊起錘情況，確定是否采用抽水或鋪設(shè)排水墊層。

3 濕陷性黃土處理技術(shù)

潮河段渠道部分土質(zhì)為具有輕微～中等濕陷性黃土。

3.1 濕陷性黃土的特性

濕陷性黃土主要是浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞、地基承載力降低，易產(chǎn)生較大的濕陷沉降變形和渠坡失穩(wěn)現(xiàn)象，嚴重影響建筑物和上部堤防的安全，是一種常見的軟土地基，土擠密樁是針對濕陷性黃土地質(zhì)的處理措施。

3.2 濕陷性黃土處理技術(shù)

土擠密樁直徑φ400mm，樁中心距1.30m，等邊三角形布置，樁長4.50m。采用振動沉管法成孔。

土擠密樁法樁體填充材料采用壤土、一般黏性土或IP>4的粉土，土料中有機質(zhì)含量不得超過5%，也不得含有凍土和膨脹土，土料的粒徑不宜大于15mm；當含有碎石時，其粒徑不得大于50mm。樁內(nèi)回填土的密實系數(shù)不小于0.97，樁間土的最小擠密系數(shù)不低于0.88。施工時由外向內(nèi)施工，均勻分布，逐步加密，及時夯填。

3.2.1 施工順序

施工時，間隔(跳打)進行，先外后里，隔排隔行，間隔2孔跳打，即從整片擠密地基的外邊線向里成孔，間隔2孔或數(shù)孔施工；在既有建(構(gòu))筑物鄰近施工時，應(yīng)背離建(構(gòu))筑物方向進行。土擠密樁施工順序以圖2中的編號為準，并以此為一個施工單元。施工孔距布置圖如圖2所示。

圖2 施工孔距布置

3.2.2 施工方法

a. 樁機就位：根據(jù)測量點使沉管尖對準樁位，調(diào)平成孔樁機機架，使樁管保持垂直，用垂球吊線檢查樁管垂直度，確保垂直度偏差不大于1.50%，每次挪動樁機后，必須校整垂直度，確保在偏差范圍內(nèi)。

b. 造孔：采用等于設(shè)計樁孔直徑的鋼管，樁管頂設(shè)樁帽，下端做成30°角度錐形樁尖，樁尖配帶了排氣的實體樁尖打入土中拔管成孔(圖3、圖4)，施工前在鋼管上標出控制深度標記，以便施工中進行沉管深度觀測。沉管結(jié)束后，樁內(nèi)形成真空，在向上拔的過程中，真空壓力迫使實體樁尖自動打開，從沉管中排氣體，壓力平衡后，容易拔出沉管。成孔后對中心位移、垂直度、孔徑、孔深檢查，合格后進行下道工序施工或?qū)τ诨靥詈罅艨盏目撞捎孟鹉z蓋板蓋住孔口防止雜物落入。

圖3 造孔示意圖

圖4 造孔實景

土擠密樁的樁位按設(shè)計要求測定，擠密施工的孔位偏差應(yīng)符合樁孔中心點的要求，偏差不應(yīng)超過樁距設(shè)計值的5%，且不大于50mm。沉管法，其樁孔直徑誤差為50mm，深度誤差為-100mm。成孔施工時，地基土宜接近最優(yōu)含水量，當含水量低于12%時，宜增濕至最優(yōu)含水量，應(yīng)于地基處理前4～6天，將需增濕的水通過一定數(shù)量和一定深度的滲水孔，均勻浸入擬處理范圍的土層中。成孔后立即回填，以防止鄰孔之間互相擠壓或振動坍塌。

c. 填料和夯實：回填夯實的施工順序按照成孔順序，應(yīng)先外排后里排，以免因振動擠壓造成相鄰孔縮孔或擁孔，可采取分段施工。向孔內(nèi)填料前，孔底必須夯實，夯擊次數(shù)一般不少于8次。并應(yīng)抽樣檢查樁孔的直徑、深度和垂直度；孔底經(jīng)檢驗合格后，應(yīng)按設(shè)計要求，向孔內(nèi)分層填入篩好的素土，根據(jù)試驗結(jié)果每次回填厚度為30cm，夯擊6次，并分層夯實至設(shè)計標高，其壓實度不小于0.97，樁間土的最小擠密系數(shù)不低于0.88。

3.2.3 質(zhì)量檢驗

回填完成后，檢測樁與樁之間土的擠密系數(shù)，采用鉆芯取樣的方法，測定樁間土的擠密系數(shù)?，F(xiàn)場檢測結(jié)果，均達到設(shè)計要求。

4 特殊地段渠基換填處理技術(shù)

潮河段的高壓線下及近村莊民房地段，其飽和砂土地震防液化處理，近村莊民房夯擊試驗時造成房屋墻體開裂，不能滿足強夯設(shè)備施工的安全距離，對此受環(huán)境和條件限制的特殊地段采取換填處理的方法。

換填土料要求。土黏粒含量宜為10%～30%，塑性指數(shù)宜為7～17，滲透系數(shù)碾壓后小于1×10-5cm/s，有機含量不大于5%。水溶鹽不大于3%，根據(jù)設(shè)計要求壓實度不低于98%，干密度不小于1.77g/cm3。

填筑含水量。根據(jù)碾壓試驗確定，換填處理段與非換填處理段相接時，橫向部位坡度不陡于1∶2，縱向坡度不陡于1∶3，進行反算換填范圍開挖施工邊線。若開挖后實際地層有變化，導致局部液化未處理，應(yīng)補充處理。

4.1 土方開挖質(zhì)量控制要點

4.1.1 測量放線

根據(jù)計算的換填范圍開挖邊線，開始測繪需換填區(qū)域內(nèi)的原始圖，報批后測設(shè)開挖輪廓線，按邊線施工。開挖到預定深度后，及時邀請監(jiān)理及設(shè)計對基面進行驗收。在開挖過程中，經(jīng)常校核測量開挖平面位置、水平標高、控制樁號、水準點和邊坡坡度等，保證開挖位置準確，平面尺寸、高程和邊坡坡度符合南水北調(diào)技術(shù)要求。

4.1.2 施工方法

開挖按照測量放線測設(shè)的開口線自上而下分層分段施工，分層梯段高度為3m，分兩層開挖到位。挖出土方隨挖隨運，施工中隨時做成一定的坡勢，以利排水。嚴格防止出現(xiàn)倒坡，避免大量的超挖。開挖臨時邊坡均應(yīng)嚴格按要求施工。

土方開挖采用2m3挖掘機直接挖裝，15t自卸車和TY-160推土機輔助作業(yè)的施工方法，根據(jù)料源情況運至指定部位，按要求堆放。

基底開挖預留30～50cm厚保護層采用人工開挖，確保開挖設(shè)計高程施工；坡面要嚴格清基和削坡，挖掘機修坡時預留30～50cm厚保護層采用人工開挖，確保臨時邊坡滿足要求，避免超欠挖。

4.2 土方換填質(zhì)量控制要點

4.2.1 基礎(chǔ)驗收

換填施工前，對基礎(chǔ)開挖工作面進行驗收，經(jīng)驗收合格后，方可進行換填施工。由于基坑換填需快速作業(yè)，為了確定一個既可滿足設(shè)計指標又能便于快速施工的最優(yōu)參數(shù)，應(yīng)采取經(jīng)現(xiàn)場試驗驗證的渠堤填筑土料及工藝參數(shù)施工。

4.2.2 土料性能指標

粘粒含量14.2%；最優(yōu)含水率12.40%；土料最大干密度1.83g/cm3。

4.2.3 碾壓參數(shù)

振動碾16t；松鋪厚度35cm；碾壓遍數(shù)6遍(單趟算1遍，第1遍為靜碾，后5遍為動碾，行走速度為1.7km/h)。

4.2.4 鋪土

鋪土為進占法，采用挖掘機裝土，自卸汽車運輸，推土機平整，人工配合。自卸汽車行走平臺及卸料平臺為該填筑層已初步推平但尚未碾壓的填筑面，自卸汽車退行進入工作面，不在工作面調(diào)頭，各填筑作業(yè)面安排1人專職指揮車輛，使車輛有序進出工作面。鋪土厚度采用打樁和水準測量的方式進行控制，嚴格控制松鋪厚度。

4.2.5 含水率

含水率控制在碾壓試驗要求規(guī)定值。鋪土前，對土料含水率進行檢測，不在規(guī)定值范圍內(nèi)時對其進行含水率調(diào)整。當含水率大于施工控制含水率時，對其進行翻曬。當含水率小于規(guī)定要求的含水率時，需要加水進行調(diào)整含水率；如土料含水量調(diào)整超過3%時，采取取土場加水方式增大土料含水率；如土料含水量僅需增加少量時，可采用在結(jié)合面直接灑水的方式加水。作業(yè)面含水率調(diào)整公式為

V=ρW/(1+W)(WOP-W)

式中V——單位體積內(nèi)需要的補充水量，L；W——土的天然含水量，%；WOP——土的最優(yōu)含水量，%；ρW——填土碾壓前的密度，kg/m3。

當采用作業(yè)面灑水調(diào)整土料含水率時，采用壓力水和壓縮空氣混合以霧狀噴出，使灑水均勻；根據(jù)施工氣溫和風速等氣象條件來決定土料含水率調(diào)整時間。

4.2.6 碾壓

碾壓采用16t振動碾碾壓，碾壓時采用進退錯距法，行走方向應(yīng)平行于基坑中心線，行走速度不大于2km/h，振動碾前進一趟為1遍，每1遍碾壓軌跡搭接寬度大于0.50m。

4.3 質(zhì)量檢驗控制要點

采用環(huán)刀法取樣，測定干密度值。取樣部位應(yīng)有代表性，且應(yīng)在面上均勻分布，不得隨意挑選，在壓實層厚的下部1/3處取樣，若下部1/3的厚度不足環(huán)刀高度時，以環(huán)刀底面達下層頂面時環(huán)刀取滿土樣為準，填筑土料的壓實度不小于98%。

5 結(jié) 語

在潮河段渠基處理中，依據(jù)渠道設(shè)計功能要求，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇土擠密樁、強夯、換填等不同的處理方法，經(jīng)過處理后質(zhì)量檢測表明，其消除了地基的濕陷性、震動液化性。針對臨近村莊的渠段采用換填處理措施，消除了強夯施工對村民的噪音干擾和對房屋的破壞影響。通過南水北調(diào)工程通水2年運行的檢驗，證明這些措施對南水北調(diào)工程不良地質(zhì)的處理是有效的，且安全可靠。

UnfavorablegeologycharacteristicsandprocessingtechnologyofcanalbaseinSouth-to-NorthWaterDiversionProjectChaoheRiverSection

ZHANG Huixiang, YAO Pengfei

(HenanBaiguishanReservoirAdministration,Pingdingshan467000,China)

The designed pile number is SH(3)133+380～SH(3)179+227 in the Chaohe River section from south of Shahe River to south of Yellow River of South-to-North Water Diversion Mid-Line Stage I Project main canal. The starting point is located in Liyuan Village, Xinzheng, Henan Province, which is connected with the terminal of Shuangji River aqueduct design unit project. The project of the Chaohe River section is 45.85km. The geological conditions are complex and diversified along the project. In the paper, collapsible loess and other poor geological conditions are encountered during construction. Corresponding treatment measures are taken with remarkable effect, thereby laying a foundation for the construction and operation of South-to-North Water Diversion Project.

South-to-North Water Diversion Project; unfavorable geology; processing

TV554

：B

：1005-4774(2017)09-0001-05

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.09.001