強夯施工在北趙引黃二期工程干渠渠道地基處理中的應(yīng)用

宋孝斌

（運城市水務(wù)局 山西運城044000）

1 工程概況和渠道濕陷性地質(zhì)情況

1.1 工程概況

北趙引黃二期工程是運城市自建國以來唯一一個由省級全部投資建設(shè)的大型水利工程，是在一期灌區(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展和改善灌溉面積2.01 萬hm2，工程涉及臨猗、萬榮、鹽湖和聞喜四縣（區(qū)），主要解決以上四縣（區(qū)）的峨嵋臺地旱地問題。新建二期干渠37.97 km（其中渠系建筑物20 km，渠道17.97 km），新建渠道建筑物137 座；支渠（管）49 條，配套新建渠道建筑物519 座；新建泵站11 座、為孤峰山生態(tài)修復(fù)新建共5 萬m3調(diào)蓄池3 座等。

1.2 地質(zhì)情況

根據(jù)北趙引黃二期工程初步設(shè)計地質(zhì)勘察報告，該工程建筑物及渠道全部位于濕陷性黃土區(qū)，地質(zhì)情況復(fù)雜，土層垂直節(jié)理發(fā)育，裂隙較多，溝坡邊沿及溝道內(nèi)陷穴、沖溝隨處可見，土體自重濕陷嚴(yán)重，濕陷深度10～17 m，自重濕陷等級Ⅱ～Ⅳ級，最高達(dá)Ⅳ級（很嚴(yán)重）。針對以上情況，各渠系建筑物均有相應(yīng)的地基處理設(shè)計方案，但干渠渠道除防滲措施外，未涉及專門的地基處理設(shè)計方案。為了確保工程安全，減少工程隱患，考慮到干渠為線形工程縱向線長，結(jié)合土工膜防滲，只需消除部分濕陷性，使渠道底部形成相對隔水層，即可滿足工程需要，而強夯法技術(shù)成熟，消除部分濕陷效果好，施工效率高，成本較低，決定采用強夯施工處理干渠渠道地基。

2 強夯試驗

2.1 試驗?zāi)康?/h3>

根據(jù)《強夯地基處理技術(shù)規(guī)程》（CECS279:2010）、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）和《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2018），對該工程濕陷性黃土區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場試驗，以消除地表及地表以下黃土狀土及黃土狀中粉質(zhì)壤土層的部分濕陷性，確定具體的強（重）夯施工參數(shù)，得出滿足要求的最佳施工技術(shù)參數(shù)和施工工藝，指導(dǎo)進(jìn)行大面積施工。

2.2 試驗參數(shù)

通過現(xiàn)場比較，在干渠樁號3+700 處（西景泵站附近）作為本次試驗的試驗區(qū)，試驗前先用推土機將表層腐殖質(zhì)土（不小于30 cm 厚）推至試驗區(qū)之外，籠堆運至棄料場，并將試驗區(qū)整平。按設(shè)計放出試驗區(qū)的四周邊線，撒白灰線作出標(biāo)記。在試驗區(qū)域內(nèi)，根據(jù)設(shè)計進(jìn)行強（重）夯夯擊點布置（現(xiàn)場用裝好土的塑料袋標(biāo)記），對夯點進(jìn)行編號、記錄。在夯擊區(qū)外一固定位置設(shè)置高程基準(zhǔn)點，測量各試驗區(qū)的平均地面高程（相對）。各試驗區(qū)具體參數(shù)見表1。

表1 各試驗區(qū)參數(shù)

在夯擊過程中，嚴(yán)格按設(shè)計夯擊的次數(shù)和遍數(shù)施工，拿鋼尺測量地面到滑輪的距離，查看每次垂距的到位情況。用水準(zhǔn)儀測量夯沉量，強夯每個夯擊點每一擊的夯沉量要全部測量，最后兩擊相對夯沉量的差值要求小于50 mm，重夯按一定的比例抽查測量部分夯擊點每一擊的夯沉量。強（重）夯全部測量了夯擊終止時夯擊面的高程，計算平均沉降量分別為：A 區(qū)0.85 m，B 區(qū)0.73 m，C 區(qū)0.83 m。

2.3 試驗成果

1）現(xiàn)場取土樣。夯擊施工完成后10 天，在每個試驗區(qū)各打3 個探井，從夯擊終止時的基坑地表面起至其下4 m 深度范圍內(nèi)，每隔50 cm 取一個土樣，進(jìn)行室內(nèi)土工試驗。在試驗區(qū)外空地打2 個探井進(jìn)行原狀土層土樣，比照夯擊試驗區(qū)同樣深度的土層，作為試驗結(jié)果的對比。

2）試驗結(jié)果。各取樣區(qū)土樣平均濕陷性試驗結(jié)果具體見表2（其他土工指標(biāo)略）。

表2 各取樣區(qū)土樣平均濕陷性試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，強（重）夯區(qū)內(nèi)的探井中所取土樣，相對于原狀土探井中所取土樣，試驗區(qū)天然孔隙比變小，干密度變大。A 區(qū)2.5 m 以內(nèi)土層的濕陷性（包括自重濕陷性和非自重濕陷性）完全消除，2.5～4 m范圍土層的自重濕陷性可消除。B 區(qū)3.0 m 以內(nèi)土層的濕陷性（包括自重濕陷性和非自重濕陷性）完全消除，3.0～4.0 m 范圍土層的自重濕陷性可消除。C區(qū)4.0 m 以內(nèi)土層的濕陷性（包括自重濕陷性和非自重濕陷性）完全消除，4.0～5.3 m 范圍土層的自重濕陷性可消除。

3 施工方案

考慮全挖段、半挖半填段干渠渠道的設(shè)計渠深，消除濕陷性深度達(dá)4.0 m 才能滿足工程要求，結(jié)合現(xiàn)場強（重）夯試驗情況，確定采用20 t 強夯法對干渠渠道樁號21+280 以前全挖段、半挖半填段地基進(jìn)行處理。全挖段、半挖半填挖方1 m 以上，處理長度8 627 m，處理深度4 m，單擊夯擊能2 000 kN·m，處理寬度為挖方段渠道頂寬、填方段渠堤外坡腳，夯點間距3.5～4.0 m，正方形布點，采用點夯兩遍，低能級滿夯1 遍。半挖半填挖方1 m 以下，處理長度1 240 m，處理深度3 m，單擊夯擊能1 000 kN·m，處理寬度為渠堤外坡腳，行距3.0 m，正方形布點，采用點夯兩遍，低能級滿夯1 遍。

4 施工過程及操作要點

1）首先放好渠道的中心線，同時沿中心線每隔20 m 測地面高程，掌握實際地面情況，作為計算平均夯沉量時使用。

2）校核征地寬度和清表的寬度是否達(dá)到施工要求。

3）強夯范圍邊線放線。根據(jù)設(shè)計斷面尺寸，開挖深度低于1.0 m 的渠段，按總寬9.6 m（960 cm）進(jìn)行放線，即依中心線，每側(cè)各4.8 m（480 cm）。開挖深度在1.0 m 以上（含1.0 m）的挖方渠段，按總寬8.6 m（860 cm）進(jìn)行放線，即依中心線沿水流方向，左側(cè)3.8 m（380 cm），右側(cè)4.8 m（480 cm）。

4）強夯點布控。正方形布點，具體情況是：橫向一排（垂直于渠道軸線方向）為3 點，中心點位于渠道軸線上，兩側(cè)邊點中心點距中心線3.5 m（350 cm）；縱向（順渠道軸線方向），每4.0 m（400 cm）布一排。布點時一定要先布置渠道縱向兩側(cè)的兩行點，再布置中間一行夯擊點。

5）采用兩遍強夯施工。第一遍順渠道縱向，布置并分別夯擊一段渠道兩側(cè)的夯點，夯擊施工完成后，用鏟車或推土機推平。然后再布置中間的夯點，并進(jìn)行夯擊施工，完成后仍用鏟車或推土機推平。第二遍進(jìn)行低能滿夯。并測量夯后場地高程。為提高工作效率，低能滿夯仍采用強夯的錘，提升高度為4.0 m。

6）夯擊時檢查夯錘中心點應(yīng)和布點重合，誤差應(yīng)不小于5 cm。夯錘提升高度是10 m。因為采用自動“脫鉤機具”，初次夯擊時，注意脫鉤機具的拉繩要滿足提升高度的要求，施工過程中注意不要意外掛脫即可。

7）夯擊次數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。強夯每一個夯擊點的夯擊次數(shù)為：夯擊第n 次的夯沉量，減去第（n-1）次的夯沉量，其值小于5 cm。每個夯擊點的夯擊次數(shù)不一樣，大約平均15 次，一定要注意每個夯擊點后的測量。

5 常見問題的處理措施

由于渠道戰(zhàn)線長，地形復(fù)雜，施工過程中受到外界條件的影響大，有時會出現(xiàn)“彈簧土”“橡皮土”“翻漿”，其產(chǎn)生的原因：一是由于渠道表層土體的含水量高；二是由于夯擊能過大，渠道表面發(fā)生塑性剪切變形破壞；三是點夯后，遍與遍之間的間隔時間不夠，孔隙水壓力未消散。

采取的措施：加強渠道施工范圍內(nèi)排水工作的同時，千萬不要讓客水進(jìn)入渠道施工范圍內(nèi)。如有進(jìn)水暫停夯擊、翻曬。采取“換土法”，即將局部“彈簧土”挖除，利用混石填筑的措施。

6 安全措施

1）強夯施工時，嚴(yán)禁非施工人員在機架下面行走或停留。

2）進(jìn)入現(xiàn)場人員應(yīng)戴安全帽。夯擊時所有人員應(yīng)退出安全線以外。

7 施工質(zhì)量控制

1）夯擊點中心位移不應(yīng)大于15 cm。

2）檢查強夯施工紀(jì)錄，基坑內(nèi)每個夯點的累計夯沉量，不得小于試夯時各夯點平均夯沉量的95%。

3）按規(guī)范取土樣進(jìn)行室內(nèi)實驗，測定土的干密度、壓縮系數(shù)和濕陷系數(shù)。在有效深度內(nèi)，濕陷系數(shù)均應(yīng)小于0.015。

4）強夯施工前應(yīng)檢查夯錘重和落距，以確保單擊夯擊能符合要求。

5）每遍夯擊前，應(yīng)對夯點放線進(jìn)行復(fù)核，夯完后檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差和漏夯應(yīng)及時糾正。

6）檢查每個夯點的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量，施工過程中應(yīng)對各項參數(shù)及施工情況作好詳細(xì)記錄。

8 結(jié)語

北趙引黃二期工程干渠渠道強夯后，有效深度內(nèi)黃土的濕陷性已消除，在渠道砼沒有施工前，經(jīng)過幾次雨水的浸泡，沒有出現(xiàn)任何質(zhì)量問題，大大延長了工程使用壽命。