戈壁明渠渠系建筑物地基處理方案

盛東升

（新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程資本資料

1.1 工程概述

北疆供水工程總干渠北起“635”水利樞紐，南至頂山分水閘；工程等別為大（Ⅱ）型二等工程，1997 年8 月動(dòng)工興建，2000 年8 月1 日基本完工并轉(zhuǎn)入試運(yùn)行[1]。渠底寬4 m，內(nèi)外邊坡1∶2，縱坡1/10000～1/12500。渠深5.4 m～6.2 m，水深4.68 m～5.36 m，渠道超高0.5 m，流速1 m/s～1.16 m/s，采用0.6 mm 聚乙烯塑膜防滲。渠道表面清潔，塊與塊之間接縫平整飽滿，混凝土預(yù)制板為邊長(zhǎng)25 cm 的正六角形，為提高穩(wěn)定性，每隔19.4 m 設(shè)一道橫向混凝土隔梁，渠線較順直，該工程糙率取0.017。渠段位于地質(zhì)分布復(fù)雜的戈壁荒漠上，屬于高寒區(qū)地帶，日常氣溫溫差大，最高氣溫41℃,最低氣溫-42.7℃，多年平均降雨量112.7 mm,多年蒸發(fā)量2289 mm,相對(duì)濕度62%，最大積雪厚度28 cm，最大凍土深度1.5 m，氣候特點(diǎn)為冬季長(zhǎng)而嚴(yán)寒、夏季短而炎熱。近期年引水量10.4 億m3，到2020 設(shè)計(jì)水平年工程改擴(kuò)建后年供水量將達(dá)到18 億m3。

1.2 北疆氣候特點(diǎn)

以天山為界，分為南北疆，兩地氣候差異明顯。其中，北方地區(qū)屬于溫帶大陸性干旱半干旱氣候，一年的平均氣溫約為-4℃～9℃，全年降水量較少。南方地區(qū)屬于暖溫帶大陸性干旱氣候。北疆地區(qū)差異較大，最高氣溫曾經(jīng)在吐魯番達(dá)到過(guò)48℃，最低氣溫出現(xiàn)在可可托海，曾低至-50℃。

1.3 北疆地形地質(zhì)條件

北疆供水總干渠位于阿勒泰山南麓與準(zhǔn)葛爾盆地西北邊緣間，渠線先后穿越河谷的IV 級(jí)階地及IV.V 級(jí)侵蝕，剝蝕平臺(tái)和烏倫古河沖洪積平原等三個(gè)不同地貌單元，烏倫古河以北段為泥盆系和石炭系的中硬—堅(jiān)硬的巖石，中段為第三系的沙礫巖，砂巖，泥質(zhì)砂巖等極軟巖，占渠線總長(zhǎng)90%，尾部主要為烏倫古河階地的砂礫石層[2]。

2 砂基特點(diǎn)及加固必要性闡述

2.1 砂基特點(diǎn)

砂基是沙漠渠道的基礎(chǔ)，其主要存在的問(wèn)題是當(dāng)其遇到水之后會(huì)松軟，導(dǎo)致塌陷。其次砂層若是較為松散的話，其干密度較低，承載得動(dòng)能力較弱，會(huì)發(fā)生很大的變形。若是采用松散的砂層直接作為建筑的基礎(chǔ)面的話，會(huì)使得基礎(chǔ)發(fā)生不均勻的沉降，并且由于變形大，導(dǎo)致滑坡等問(wèn)題的發(fā)生，嚴(yán)重危害建筑物的安全。

2.2 加固的必要性

1）在目前國(guó)內(nèi)范圍內(nèi)，沙漠明渠在設(shè)計(jì)上國(guó)家還沒(méi)有明確的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在施工上也沒(méi)有明確的施工規(guī)范，這就使得沙漠明渠在建筑的任意一個(gè)環(huán)節(jié)上，無(wú)論是從設(shè)計(jì)、施工還是監(jiān)理等方面來(lái)講，都是缺少相對(duì)成熟的經(jīng)驗(yàn)的。因此，保證沙漠基層面的穩(wěn)定，是保證以后沙漠明渠的安全性和可靠性的基礎(chǔ)，為以后減少維修、方便管理打下基礎(chǔ)。

2）若土質(zhì)為濕陷性土質(zhì)的話，一旦積水，在水的作用下，土粒之間的結(jié)膜被破壞，導(dǎo)致土粒松散化，發(fā)生塌陷，對(duì)建筑物的安全運(yùn)行造成威脅。由此可見(jiàn)一旦現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)發(fā)生變形，其特征是具有突變性、不可逆性的。但是沙漠砂在長(zhǎng)期的風(fēng)化作用以及負(fù)載的沉壓作用下，發(fā)生變形是不可避免的。因此必須采取相應(yīng)的措施來(lái)保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

3）由于沙漠沙土在長(zhǎng)期的風(fēng)化作用下，其表面都是較為松散的，但是對(duì)使用松散的沙土作為建基面進(jìn)行處理，現(xiàn)在并沒(méi)有較好的方案。因此結(jié)合換填材料，對(duì)其進(jìn)行加固，是保證渠床整體穩(wěn)定性的必然措施。

3 基層選擇

在沙漠上進(jìn)行明渠施工，對(duì)我國(guó)乃至世界都有著重要意義的工程，但是目前為止，可供施工參考資料太少。在材料的選擇上主要是要以今后的安全為主要考慮因素，而安全最主要的來(lái)源便是建造明渠基層的施工處理，因此研究明渠基層的施工方案是沙漠明渠建造的關(guān)鍵內(nèi)容，關(guān)于基層的選擇主要考慮下面幾個(gè)方面：

（1）基層是作為沙土與混凝土之間連接的紐帶，就好像汽車(chē)的減震器，只有這“減震器”的材料選用的好，沙土與混凝土才可以牢靠的凝結(jié)在一起，因此基層應(yīng)該具備一定的可變形能力及可與沙土、混凝土協(xié)調(diào)的能力[3]。

表1 建筑物基層試驗(yàn)方案

（2）沙漠常年干燥，通過(guò)沙漠明渠進(jìn)行輸水，水量的損失主要來(lái)源于兩個(gè)方面：一是明渠水量的蒸發(fā)；二是渠道對(duì)水的滲透，要保證水的滲透量盡可能的低，只有這樣，輸水的損失才盡可能的低。因此應(yīng)該選用滲透系數(shù)小的材料做為基層材料，才可以保證更好地減少明渠內(nèi)的滲透水量，減少水量的損失。

（3）沙漠土質(zhì)松軟，抗?jié)B透能力較差，在沙土與混凝土之間鋪設(shè)的基層，應(yīng)該考慮反濾性，選擇滿足保土及濾土作用的材料，再考慮到滲水會(huì)沿著結(jié)構(gòu)匯到底部，因此基層材料的選擇應(yīng)該滿足透水性。

4 戈壁明渠施工方案

4.1 土方填筑

（1）填筑前的準(zhǔn)備：原地面測(cè)量，可采取雙方聯(lián)合測(cè)量進(jìn)行，對(duì)測(cè)量成果整理進(jìn)行報(bào)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理簽字確認(rèn)，并保留原始測(cè)量數(shù)據(jù)資料；施工區(qū)域內(nèi)光纜、電纜、集水井、虹吸管、用電井、通信水情設(shè)施設(shè)備在施工前進(jìn)行整理、挪移、拆遷，做好標(biāo)識(shí)等。

（2）清基處理：清除原基面腐植土、淤泥及雜物等并碾壓，取樣，達(dá)到設(shè)計(jì)基礎(chǔ)面填筑要求，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理驗(yàn)收合格并進(jìn)行基礎(chǔ)面測(cè)量后開(kāi)始填筑。

（3）渠沿石拆除，避免損壞、松動(dòng)原襯砌板面和損壞原防滲膜。

（4）填筑前應(yīng)熟悉填筑料場(chǎng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，督促施工單位對(duì)料場(chǎng)進(jìn)行復(fù)查并上報(bào)料場(chǎng)復(fù)查報(bào)告，填筑料場(chǎng)的覆蓋層剝離需經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理進(jìn)行驗(yàn)收合格后方可取料；填筑料需進(jìn)行野外碾壓或生產(chǎn)性試驗(yàn)，以確定施工參數(shù)（包括鋪料厚度、碾壓變數(shù)、碾壓機(jī)具、行走速度等），在確定施工參數(shù)并上報(bào)監(jiān)理部批準(zhǔn)后方可實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)填筑的施工參數(shù)以監(jiān)理批復(fù)的指標(biāo)為準(zhǔn)。白砂巖填筑體在上土料前應(yīng)將碾壓形成的光面做拉毛處理后再上土料。

（5）填筑料壓實(shí)指標(biāo)：非粘性土相對(duì)密度D r>0.75,粘性土壓實(shí)度P≥0.95。

（6）馬道寬度4.5 m，馬道外坡1∶1.75。填料寬度應(yīng)超出設(shè)計(jì)邊線0.5 m，邊線碾壓到位。施工單位在車(chē)輛卸料時(shí)應(yīng)根據(jù)車(chē)輛斗容和每層土料厚度和寬度確定卸料長(zhǎng)度，以避免多余填筑料進(jìn)入渠道。

（7）填筑完一層后，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)檢測(cè)壓實(shí)指標(biāo)并填入相應(yīng)的表格，每個(gè)填筑單元完成后及時(shí)進(jìn)行單元質(zhì)量評(píng)定，單元評(píng)定資料做到即驗(yàn)即評(píng)。

（8）深挖方段渠道應(yīng)根據(jù)邊坡實(shí)際坡比和設(shè)計(jì)填筑高度，在保證填筑寬度前提下，計(jì)算出邊坡網(wǎng)格拆除范圍和挖除寬度，此項(xiàng)工作應(yīng)在填筑前完成[4]。

4.2 修坡

（1）挖掘機(jī)刷坡時(shí)必須帶刮板，粗修時(shí)要先挑好經(jīng)線，根據(jù)經(jīng)線進(jìn)行修坡，現(xiàn)場(chǎng)人工要積極配合機(jī)械，嚴(yán)禁傷坡又不能留土太多。保護(hù)層控制在5 cm～10 cm。

（2）邊坡坡頂達(dá)到設(shè)計(jì)高程，一般按板底高程控制（施工簡(jiǎn)單，有利于馬道塑膜埋設(shè)）。

（3）精修坡時(shí)根據(jù)渠底高程和渠頂高程掛水平和對(duì)角修坡線，夯實(shí)，人工打夯前要先灑水潤(rùn)濕坡面，打夯機(jī)上行與下行時(shí)速度要慢。

（4）精修坡面密實(shí)平整，2 m 靠尺檢測(cè)凹凸不超過(guò)20 mm，坡度為1∶2。

（5）按設(shè)計(jì)尺寸開(kāi)挖隔梁槽。

（6）對(duì)夯實(shí)的內(nèi)邊坡進(jìn)行取樣，取樣個(gè)數(shù)應(yīng)滿足單元評(píng)定的要求。

主要采取了取樣試驗(yàn)和鉆孔壓注水檢查手段，結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)鉆孔提取芯樣分析，墻體連續(xù)性和完整性較好，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 膜下砂漿

（1）膜下砂漿厚度為3 cm,允許偏差：＞-0.3 cm，砂漿面密實(shí)、清潔，確保無(wú)雜物和尖棱突起，平整度滿足規(guī)范要求。

（2）嚴(yán)禁在未終凝前的砂漿面行走。

（3）砂漿厚度采用角鋼控制，倉(cāng)面寬度不宜超過(guò)2 m，跳倉(cāng)進(jìn)行施工。

（4）邊線順直，達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸。

（5）砂漿按配合比要求拌制，拌合物現(xiàn)場(chǎng)堆放時(shí)間不超過(guò)1 h 并要求覆蓋。嚴(yán)禁初凝砂漿加水重新拌制使用，砌筑砂漿亦同。測(cè)定砂子含水量，及時(shí)調(diào)整砂漿拌合用水。砂石骨料稱量使用電子秤，拌合現(xiàn)場(chǎng)有專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)技術(shù)員[5]。

（6）單元完成后及時(shí)進(jìn)行評(píng)定。

4.4 一布一膜鋪設(shè)

（1）鋪膜前要先將砂漿面清掃干凈，確保無(wú)雜物和尖棱突起。

（2）焊接前要將接縫處擦拭干凈。

（3）鋪膜前檢查焊接倉(cāng)面所需膜的規(guī)格。

（4）一布一膜鋪設(shè)應(yīng)掌握外界溫度，膜要鋪設(shè)到位，禁止懸空。特別是隔梁槽、渠底坡角處。

（5）搭接形式為上游搭接下游，上行搭接下行。

（6）人工裁剪舊膜接口，保留10 cm 焊接面，焊接前清除表面泥沙及水泥漿，與新膜焊接后檢查焊縫質(zhì)量和舊膜孔洞情況，及時(shí)修補(bǔ)。

（7）焊接完畢將馬道膜進(jìn)行折疊，并覆蓋壓好。

（8）禁止在塑膜表面直接溜板，應(yīng)設(shè)置專(zhuān)用滑道下板，倉(cāng)面堆板時(shí)板下應(yīng)設(shè)置柔軟鋪墊，做好對(duì)塑膜的保護(hù)。

（9）人工裁剪舊膜應(yīng)在該段襯砌前進(jìn)行并盡快焊接進(jìn)行襯砌，如沒(méi)有及時(shí)焊接和襯砌，應(yīng)將其覆蓋避免，避免日曬加劇老化。

5 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)沙漠地區(qū)深居內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，且周?chē)嘘P(guān)山阻隔，我國(guó)是沙漠分布較廣泛的國(guó)家，沙漠以干旱多風(fēng)的氣候特征、砂壟及樹(shù)枝為主的地貌類(lèi)型、較為豐富的動(dòng)植物種群、脆弱易損的荒漠生態(tài)系統(tǒng)與我國(guó)西部各大沙漠生態(tài)環(huán)境大相徑庭。戈壁明渠渠系建筑物地基進(jìn)行施工之后，基層具備了一定的可變形能力及可與沙土、混凝土協(xié)調(diào)的能力，同時(shí)明渠滲透水量明顯減少，輸水量得到保證，此外明渠建筑物地基基層材料選擇具有保土及濾土作用的材料，能夠保證適當(dāng)?shù)耐杆?，明渠輸水能力得到提升，保證整體工程的正常運(yùn)行。此類(lèi)在沙漠附近進(jìn)行建筑物施工的工程，為我國(guó)發(fā)展沙漠資源提供了可以進(jìn)行參考的案例，使得我國(guó)的資源得到充分的利用，同時(shí)在沙漠進(jìn)行施工應(yīng)該進(jìn)行人工和機(jī)械防沙、治沙。還需結(jié)合工程自身的特性因地制宜。選擇恰當(dāng)?shù)牟牧?，極力保障工程的安全運(yùn)行。