浅谈对坡积物渠道基础问题处理的几点认识

朱小强

（新疆伊犁特克斯河水电开发有限公司 新疆 伊犁 835000）

1 工程概况

清河灌区新建引水总干渠长53.50km，设计引水流量50.30m3/s，灌溉面积46万亩。干渠工程主要由输水明渠、渠系建筑物（闸、涵）、输水涵洞、渡槽、农渠交叉建筑物、退水系统、交通桥及路涵等建筑物组成。渠道平均纵坡1/2000，渠道底宽4m，渠深5.85m，挖方段内边坡1∶1.75，填方段外边坡1∶1.75。总干渠渠线其中一段为榜山渠道，沿线基础均为 坡 积 物 ， 桩 号 为 57+500～61+720，长4.22km。其中桩号为57+500～58+300开挖形式为全挖方渠道，长0.8km。58+300～59+470开挖形式为半挖半填渠道，长1.17km。59+470～61+720开挖形式为全填方渠道，长2.25km。其余渠线均在低丘陵或平原区设置。

2 工程地质条件

桩号为57+500～61+720渠线在崩坡积体前缘或中部通过，坡度为26°～30°，后缘为基岩山体，坡度为55°～60°，地形较平坦。出露的岩性为碎石土、砂卵砾石层，该段从岩性上分主要分二层。第一层：①全新统Q4dl坡积碎石土层：天然密度ρ＝1.95g/cm3,平均干密度 ρd＝1.87g/cm3，相对密度 Dr＝0.55g/cm3，含水率w＝4.04%，小于0.075mm粒径含量大于10%，为冻胀土。主要分布在渠堤上和渠底，厚约2～6m，碎石多呈块状、片状及棱角状；第二层：②上更新统Q3al冲积砂卵砾石层：天然干密度为2.1g/cm3，天然含水率为1.7%，比重为2.70，最小干密度为1.9g/cm3，最大干密度为2.3g/cm3，相对密度为0.8，小于0.075mm粒径含量小于10%，无冻胀性。主要分布在渠底以下1m～5m，厚约3m～10m，砾石粒径一般1cm～3cm，最大可见8cm，砾石含量约占60%，卵石含量约占20%，其余为砂土，砾石的磨圆度一般。该段通过钻孔水位观测，渠道基础以下1m～10m未见地下水，施工时无地下干扰，填方过程中需清除表层厚约1m含植物根系的腐质土。通过地质测绘调查，由于结构面的组合，沿线山体均有少量的掉块现象，需进行喷锚处理。

3 按原设计施工发生问题

该工程全部完工于2013年6月20日，2013年6月25日上午12点开始试通水。试通水期间渠道水位控制在每24小时水位上升80cm逐渐上升至设计水位。到2013年6月29日下午5点发现高填方段桩号59+470～61+720外边坡半坡和坡脚处有不同程度的渗水点，而且渗水点面积有逐渐扩大的迹象。发现有渗水现象后为防止退水较快引起的渠道基础扬压力较大而产生砼板隆起现象，从渠首逐渐关闭闸门缓慢退水。利用退水系统渠道完全退水过后业主、监理和施工单位对渠道进行了全面检查，发现57+500～61+720段底板均有不同程度的下沉，边板有塌陷和断裂等现象，见图1、图2。

图1 渠道底板沉降

渠道事故发生后建设方及时的邀请设计单位、监理单位、施工单位及新疆相关地质、水工等专家现场实地查勘，之后又查阅该段渠道地质资料对此次事件进行了全面的调查分析与此同时设计单位相关专业人员又在该渠道57+500～61+720段地段地基做5组地质补勘实验，同时又对该地基土取样做了在饱和状态下的三轴压缩实验。最后根据5组实验成果显示该地基土粒径组成：300mm～200mm粒径含量 为 2.18%，200mm～60mm粒 径 含 量 为19.58%，60mm～5mm粒径含量为 21.9%5mm～2mm粒径含量为 5.8%，2mm～0.5mm粒径含量为 4.83%，0.5mm～0.25mm粒径含量1.68%，0.2mm5～0.075mm粒径含量为3.93%0.075mm～0.005mm粒径含量为 8.65%，＜0.005粒径含量1.98（颗分已更新），不均匀系数Cu=147.2，曲率系数 Cc=10.0，粒径＞2mm为80.5%，棱角状，地名为碎石该层天然密度ρ=1.95g/cm3,相对密度 Dr=0.61～0.67，含水率w=2.2～3.5%，比重2.67。地基土粒径曲线见地基土粒径曲线图

该坡积物地基中碎石土0.075mm～0.005mm粒径含量为8.65%，细粒含量较多有明显的有冻胀性和变形特性。饱和状态下的三轴压缩实验结果表明在同样受压条件下该地基碎石土在饱和状态下压缩量与比干燥状态下大得多。

图2 渠道边坡板由于底板沉陷拉裂

图3 地基土粒径曲线图

根据现场调查情况和对该地基土的实验结果综合分析，最终形成了以下两种原因导致了渠道砼板下沉：

3.1 地质原因

位于山区附近的坡积土层，由于其特殊的地理环境造成地基土颗粒大小差异很大，碎石含量较大，具有很大的离散性,级配不连续，多为混合土。由于地层分布的不均匀性，使其地基在有一定的外力作用下有很强的压缩变形特性，特别是遇水前后压缩比和承载力在遇水前后也变化都很大。这是造成渠道砼板沉陷的主要原因。

3.2 设计缺陷原因

由于该地基土有明显的冻胀性和变形特性，特别是遇水湿化后土体本身压缩量比较大，处理时应考虑做换填或强夯等措施。但设计院对这种地基土遇水前后压缩量变化大和承载力的衰减快的特性没有引起足够的认识，因此原设计施工图纸要求只对扰动过表层地基土进行了夯实，理想化认为渠道基础始终是处于干燥状态。

3.3 施工原因导致渠道底板缝渗水

施工时上游渠道板伸缩缝填缝材料不密实及砼板下防渗膜在铺设时破损，导致渠水从伸缩缝渗入渠道地基当中，使原来渠道基础由干燥状态变成了有水湿润或者饱和状态，致使碎石土产生了较大的压缩量，造成了砼板下沉。

4 处理措施

4.1 57+500～59+470全挖方及半挖半填段渠道防渗处理方案

由于渠道已经建设完后，若全部拆除原有渠道板再对基础进行处理不太现实。为了保证当地农业用水，需以快速有效的方案处理好此次渗水事故。经专家讨论，对桩号为57+500～58+300开挖形式为全挖方渠道和58+300～59+470开挖形式为半挖半填渠道对其做表面防渗处理。处理方式：在原有砼板表面上再铺设两布一膜防渗膜，防渗膜上下面均铺设3cm厚砂浆垫层，在砂浆垫层上浇筑10cm厚砼，为防止新浇筑的砼板由于不均匀沉陷产生裂缝，新浇筑的砼伸缩缝仍然按原有砼板尺寸划分，填缝材料下部用7cm高压闭孔板，上部为3cm为聚氨酯密封膏。

4.2 59+470～61+720全填方段渠道基础处理方案

对于桩号59+470～61+720开挖形式为全填方渠道对基础进行打孔充填灌浆。充填灌浆孔打孔方式为沿渠道底板中心横断每隔3m打一个灌浆孔，孔深距渠道底板基础以下4m。钻孔采用YJL100型履带式跟管钻机桩孔，φ130mm钢管跟进。浆液拌制采用YJC-340搅拌机搅拌，3SNS泥浆泵全孔一次灌浆法灌浆，采用纯压式灌浆。灌浆分序加密的原则进行。Ⅰ序孔灌浆压力0.2Mpa～0.25Mpa，Ⅱ序孔灌浆压力0.3Mpa～0.35Mpa，灌浆压力以不抬动砼为原则。水泥浆开灌水灰比2∶1，共采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1或0.5∶1等4个比例。灌浆分段长度为第一段1m，第二段2m，其它灌浆施工参数根据现场灌浆实验确定。当注入率不大于3L/min，继续灌注30min，作为灌浆结束标准。

渠道防渗处理于2013年7月30日结束，8月4号重新试通水，放水过程参照一次放水方式。经过试运行后该段渠道再没有发生渗漏和砼板沉陷现象，至今运行良好。

5 处理坡积物基础的一些认识

坡积物形成于第四系（最新的地质年代），具有很大的离散性,级配不连续,孔隙率大，尤其是遇水后在有足够的荷载的情况下承载力有明显的衰减现象，压缩比较大。在这种地基上修建水工建筑，表面防渗不理想再加上地基处理不彻底会给建筑物安全运行带来很大的隐患。本人根据以往对坡积物地基的认识，加上这些年的工程实践，获得了一些认识。针对不同情况对坡积物建议采用以下三种处理方式：

第一种：用非冻胀土换填基础，如用砂砾料换填。换填深度因坡积物厚度不同而定。有条件的情况下最好全部换填，若坡积物厚度太深无法实现全部换填，换填深度至少也要在4.5m以下。换填时砂砾料铺筑每层厚度不超过80cm分层碾压，压实标准参照水工建筑物基础压实标准。

第二种：强夯法。若换填料无法满足需要，采用强夯法对其基础进行夯实。强夯前要做强夯实验，先拟定试夯区个数及位置、试夯区划分及大小、夯前原状土取样及物理力学指标（干密度、湿陷系数、孔隙率、承载力等）检测等。试夯区个数建议20000m2布置一个，其余参数可参照《强夯地基处理技术规程》相关规定。强夯实验结束后由检测不同强夯方式的实验成果作对比，采用最合适数据作为强夯控制指标依据。

第三种：充填灌浆法。若前两种方案难以实现，也可对先渠道基础进行充填灌浆，灌浆压力及其它控制参数在同一地段参照相关技术要求先做灌浆实验，通过实验采用合适的参数作为控制指标。

6 结束语

坡积物形成于山坡，组成物质粗细颗粒混杂，土质疏松且不均匀，压缩性较高，而且有明显的湿陷性，而水工建筑物要做到滴水不漏也是不太现实。并且当坡面的倾斜坡度较大时，若地基土长期处于湿润或饱和状态漏常常会发生沿下卧基岩倾斜面滑动现象，因此在这种基础上修建建筑物一旦地基处理不当会有非常大的隐患。所以在选择建筑物位置时尽量回避这种傍山而建基础是坐落在坡积物之上的情况。若回避不了那一定要先对坡积物地基土进行详细地勘，选择最合适的处理方式提前做好地基处理；其次一定要做好防渗处理，避免较大的事故发生。陕西水利