石头河水库供水工程周至富仁段不良地基分析及处理

杨俊亮

（陕西省咸阳市水利工作队，陕西 咸阳 712000）

1 工程概况

咸阳市石头河水库供水工程周至段输水管线南起马召镇引水口（桩号0＋000），管线沿渭河南岸一级黄土台塬向北，途经过秦岭山前洪积扇、黑河漫滩、渭河河床,穿渭河至咸阳。周至段引水管道采用钢筒混凝土管道，管线基础处理类型有砂砾石弧形基础、砂砾石换填0.6 m混凝土基础两种类型，管道全长20.372 km。富仁乡段管线桩号为16＋060～20＋372，途径渭兴村、渭丰村、县林场、乡农场，主体工程为安装钢筒混凝土管(PCCP管)道800多节、钢管件100多米、镇墩10座、排气阀井8座等。该段钢筒混凝土管内径为1.8 m，工作压力1.2 MPa～1.4 MPa，最大埋深6 m，最小埋深2 m，单节长度为5 m，重约 13 t。

富仁乡北靠渭河，南邻黑河与沙河，是黑河与渭河的夹心地带，该段沙河自西向东流，黑河也在其正南方向不足1 km处拐弯也自西向东流，北面有渭河自西向东流，该段地下水埋深为1.0 m～2.5 m，且水量丰富。施工图设计基础处理类型，从17＋455～19＋431.5段为砂卵石基管沟、弧形砂砾石基础，但实际施工开挖后发现17＋455～18＋742段地基底部未见明显砂卵石层，在实际施工过程中该段依照地基情况按照弧形混凝土、非湿陷砂基管沟施工。

2 地基类型判断

输水管道桩号17＋455～18＋742段基础开挖后，目测地基与设计图纸上标明的砂卵石层类型不符。为了准确判断地基砂土层颗粒含量情况，对该段地基取样进行颗粒筛分，筛分粒径含量情况详见表1。

表1 地基土料筛分情况表

从表1数据可以看出该段地基土料颗粒含量集中在中细砂土类别，与砂卵石相差较大。为了探明这种砂土层深度，用1.5 m长的探钎对该段地基进行了钎探，钎探深度详见表2。依据设计说明，渭河中砂在Ⅶ度地震时液化，液化等级中等～严重，这种地层是属于能够液化的不良地质基础，需要挖除。挖除液化砂深度详见表2。

表2 地基钎探及挖除液化砂深度表

在对该段地基钎探时，发现探钎插入地基（中细砂土层）下一定深度时会遇到较密实的薄层砂卵石层，但用力穿透后发现下层很松散，属于松散的中细砂层，且深度不一，这表明该段地基下有薄层砂卵石夹层，并在局部表现为多层相间。这种地基对管道基础来说，属于不良地基，需要进行加固处理。

3 地层成因分析及加固方法

从现场钎探情况来看，17＋455～18＋742段地基情况复杂，基础开挖后地下水涌水量较大，涌出的水中含有不少细砂颗粒，说明具有一定流沙性质。据史料记载清末民国时，渭河距周至县城2 km，现今为6 km左右，沙河和黑河自西向东流的河道为渭河的故道。这也说明渭河在周至段不断向北改道，其原因主要为黑河及沙河挟带大量砾石、沙泥堆积在入渭口，形成三角洲式的沙滩，顶托渭河北移，富仁乡为黑河与沙河顶冲渭河北移形成的泥砂滩地，地层结构复杂，稳定性差，且有一定的流沙性质。加之此段地下水丰富，地下水受南面的地势坡降影响，有南北向渗流的承压水，在渭河处出露。猜想该段砂土层受一定的承压水浮托影响，这种影响也是造成该处地层松散有夹层的因素之一。

依据水利工程砂土类地基加固方法，常用的处理方式有砂砾石换填、水坠砂法、碎石振冲桩、水泥搅拌桩等方法。砂砾石换填法主要是减少基础的沉降量，加速软弱砂土层的排水固结，施工操作方便易行，是处理该地层的非常适用的方法，且造价相对较低。水坠法是通过水对砂子的水坠作用，使砂粒得以重新排列，进而形成密实的砂土地基，但对于地下水丰富的中细砂层和复杂的层状松散层，其效果不理想，并且砂土层的液化现象不能消除，对于该段地基是不理想的加固处理方法。水泥搅拌桩加固一般适用于地下水少或无地下水的淤泥、淤泥质土、素填土，且施工成本较高，施工费时，对于本工程地下很丰富，渗透破坏力比较强的地层，并不适用。碎石振冲桩填料法也适用本工程，但依据参考文献[1]可知，其施工造价大约是换填施工的2倍，且处理后地基承载力没有换填法地基承载力高，施工机具较多，工期稍长，没有换填法施工方便，不利于施工和操作。

通过以上对比和分析适合该地层换填法最适宜，且施工成本较低。经建设、监理、勘察设计单位同意，确定使用砂卵石换填法进行地基加固处理，但换填料的确定和碾压参数的确定需要现场试验来确定。

4 现场碾压试验及参数选定

采用换填法加固该段地基时，起初换填料采用70%开挖的基础料混入30%的2 cm～4 cm砂卵石料,进行碾压试验，结果发现碾压三遍后碾压面较为松散，无法取样进行灌水法测定干密度，随后又碾压3遍，碾压面依然松散，不能进行取样坑检。随后调整了现场碾压试验方案，回填料分别用100%，70%，50%三种不同含量的2 cm～4 cm砂卵石料分三段进行试验，灌水法取样检测结果详见表3。

表3 分段碾压试验检测结果情况表

从表3可以看出，第一段换填料试验数据最低，第三段现场压实效果次之，且现场压实效果较差，第二段压实度最高，其效果也最好。通过对三段回填料分别取样送试验室做不均匀系数、最大和最小干密度试验，结果也是第二段回填料不均匀系数最小，干密度最大，最终选定换填料为第二试验段料。换填施工时还对碾压遍数和铺料厚度参数进行了测定，从而依据参数进行施工。测定时碾压机具选择了16 t自行式振动平碾，振动频率30 Hz，激振力290 kN，铺料厚度分为35 cm、45 cm、55 cm,在静压2遍后，振压4、6、8遍，测定相应的干密度及相对密实度，测定结果详见表4。

表4 铺料厚度及压实遍数测定表

从表4中可以看出在相同的施工方法和施工工艺条件下，虚辅料厚度55 cm，所得的压实系数偏小，振压4遍时相对密实度达不到0.65的设计要求。虚辅料厚度35 cm，振压6遍时，出现机械过剩的情况。虚铺料厚45 cm最为合理，振压遍时数控制在6遍。

5 处理效果

在换填该段不良基础施工过程中，首先进行颗粒筛分与钎探，掌握地基资料，确定加固处理方法，然后选定铺料厚度、碾压遍数，采用静压和震动碾压相结合的形式进行施工。施工后测量基础的沉降量均在设计要求范围内，获得了较好的处理效果。随后还发现该段基础处理后，换填过的基础未见到地下水，而在其上游50 m的未处理段，基础面排水量较大，说明原来疏松的砂层变成换填后级配合理的密实基础后，地下水渗流路径也发生了改变，向透水阻力小的方向渗流，这也表明换填效果较为理想。

6 结论

对咸阳市引水工程周至富仁段地层与设计图纸不符时，利用简单、常用的检测方法，先弄清楚基础地质情况，再结合设计图纸确定消除不良地基的加固方法，最后进行现场碾压试验，确定合理的级配料和碾压参数。由于该类地层在含水量大的中细砂河流中，特别是有河流汇入的顶冲段或河道的推移段具有一定相似性，对这类地层的基础处理好坏，决定了上部建筑物的稳定与否，可为类似地层的河道及地基处理提供参考。