坪上应急引水工程供水管道基础处理设计

韩明华

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 工程概况

坪上应急引水工程分布在忻州市的忻府区、定襄县、原平市和五台县境内，工程建设目的是向忻府区、定襄县、原平市三县市提供城镇生活和工业用水，工程线路总长123 km，其中压力管道总长114.3 km（包括穿隧洞管道2.3 km），隧洞长11 km。

2 供水管道沿线典型不良地段地质条件特点

由于供水线路长，所经过的地段情况复杂多变，全线管道基础建基面地层条件涵盖了很多不良地基，包括饱和黏土（即橡皮软土）地基、级配不良砂（即流沙）地基、湿陷性黄土地基、饱和淤积低液限黏土（即淤泥）地基等。现对上述典型不良地段的地质条件特点进行说明。

2.1 饱和黏土（橡皮软土）

供水干线宏道段地层属第四系上更新统洪冲积低液限黏土，稍湿、湿，黏粒含量较高，可塑～软塑，结构较松散。据室内土工试验资料，其干密度为1.47～1.68 g/cm3，含水率为18.6%～28.9%，孔隙比为0.609～0.841，压缩系数0.32～0.60 MPa-1，具中等压缩性，天然快剪抗剪强度的凝聚力为5.3～18.7 kPa，内摩擦角为19.5～25.5°，垂直渗透系数4.47×10-5～5.60×10-5cm/s，具弱透水性。低液限黏土作为供水管道持力层，地基承载力70～80 kPa，该段地下水位埋深1.8～3.5 m，需应采取排水措施。同时由于具中等～高压缩性，地基土处于饱和状态，排水困难，施工过程中施工机具碾压后极易出现“橡皮土”现象，施工难度较大，必须采用地基处理措施。

2.2 级配不良砂（流沙）

供水管线河床段地层属第四系全新统洪冲积含细粒土砂、级配不良砂，结构松散，湿，砂的矿物成分主要为长石、石英、云母及一些暗色矿物，据颗分资料：砾粒含量0%～2.3%，砂粒含量86.4%～95.5%，粉粒含量2.2%～13.6%，不均匀系数Cu=2.7～2.8，曲率系数Cc=1.2～1.4。。该段地下水位埋深0.8～1.5 m，需应采取排水措施。管基持力层为级配不良砂，地基承载力70～80 kPa，该段管基持力层级配不良砂存在振动液化问题，必须采用地基处理措施。

2.3 湿陷性黄土

2.4 饱和淤积低液限黏土（淤泥）

3 不良地段管道基础处理设计

根据第二节中不良地段的地层分布情况，在施工图设计阶段翻看了大量相关规范规程和已建工程的资料，从而确定了技术可靠、经济合理的管道基础处理方式，现分别说明。

3.1 湿陷性黄土地基处理措施

湿陷性黄土地层段，管沟开挖后采取夯实处理，压实系数应达到0.9以上，然后铺填50 cm厚3：7灰土垫层，压实系数应达到0.90以上。3∶7灰土的材料要求：石灰与土的体积配合比3∶7；土料应采用粉质黏土（塑性指数小于4的粉质黏土不能使用），不得使用块状黏土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15 mm；石灰应采用贮存期不超过3个月的新鲜消石灰，质量不低于Ⅲ级，其颗粒不得大于5 mm；石灰应消解3～4 d并筛除生石灰块后使用。

3.2 饱和黏土地基和饱和淤积低液限黏土处理措施

对饱和黏土、级配不良砂和饱和淤积低液限黏土地段，初期设计采用换填50 cm厚的人工毛石基础，人工毛石基础应将毛石挤密，并采用粗砂灌缝密实，基础顶面铺设10 cm厚C10素混凝土找平。设计这样的处理措施，主要是利用毛石破坏现状土体结构，加速排水。在施工过程中，发现采用这样的工程措施，施工机具行走后，毛石被挤压入土体内，由于毛石之间的缝隙较大，土体上翻成流塑状，导致无法继续施工。后来经过对各种换填材料进行反复试验，确定了基础处理的办法，即开挖至建基面首先采取降水措施，然后换填50 cm厚碎石垫层，碎石粒径应小于等于20 mm，石渣及石粉含量小于等于10%，碎石垫层相对密实度应达到0.67以上。具体做法详见图1。

图1 饱和黏土（或饱和粉土或级配不良砂）地基横断面图

碎石垫层究其本质仍属于换填法，其优点是孔隙较原状土体的缝隙大，一定程度上改善了现状土体的排水能力，同时在垫层中加入少量的石粉又相比毛石基础缝隙减小，不会产生原状土体上翻现象。采用碎石垫层的处理办法后，施工进度大大加快，这样就节约了大量的排水费用，同时垫层采用的碎石和石粉均为石料厂的废料，价格便宜，也节约了工程建设投资。

4 结语

为了适应经济发展的需要，大中型引调水工程的兴建也越来越多，而作为引调水工程的重要组成部分的长距离输水管道工程兴建也发展迅猛，不良地质条件下的管道基础处理对于工程的安全至关重要，采取有针对性、合理、有效管道基础处理措施对降低工程造价、施工工期的缩短以及供水期间的可靠运行均有重要意义，应引起设计单位及相关参建单位的足够重视。