挤密块石和粗砂砾石夯填相结合在处理河道液化地基中的应用

强继文

(甘肃省疏勒河流域水资源局双塔灌区管理处，甘肃 瓜州 736100)

1 工程概况

甘肃省河西走廊疏勒河河道恢复与归束项目北河口枢纽工程位于疏勒河干流最下游，地处甘肃省瓜州县西湖镇最西端的西湖村附近。工程主要任务是疏通疏勒河古河道，确保下游河道的正常通行；改善河道及枢纽的防汛工程设施；同时解决疏勒河向下游生态输水与西湖灌区取水之间的矛盾。枢纽的主要建筑物有拦河闸、泄水闸、溢流堰、进水闸、跨河交通桥、防洪导墙、控制闸室及上、下游护坡等。

项目工程区域地层主要为第四系不同成因沉(堆)积物，河床及两岸为冲积含砾细沙，厚度大于10m。由于地处盆地地区，地下水位较高，一般埋深在0.5～3m，水质较差，对普通硅酸盐混凝土有强硫型腐蚀性、对钢筋混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性、对钢结构有强腐蚀性。在设计阶段，由于地层以河道风积、堆积物为主，考虑建筑物基础在施工及后期运行中可能存在严重的渗透变形、盐渍化及盐胀、冲刷、基础液化、水腐蚀及基坑涌水等多种问题，所以在拦河闸、泄水闸、溢流堰、进水闸等主要建筑物的基础部位设计过程中，建设及设计单位多次开会讨论及论证，最终决定采用挤密块石和粗砂砾石强夯相结合的处理办法。经过建成后三年多的运行效果来看，达到了基础稳定可靠、节约投资、缩短工期、保护环境的目的。

2 挤密块石和砂砾石施工特点

疏勒河河道的河床为含砾细沙，厚度分布不均、范围广，大部分地段厚度不足10m，作为枢纽的建筑物基础，其承载力远不能满足要求，用水工建筑基础施工中常用的加固措施来处理该枢纽的地基及基础部分，会导致造价过高、工期过长，而该枢纽由于为集灌溉、防洪、生态供水为一体的综合性枢纽，一旦不能按计划工期完工，会严重影响下游的灌区灌溉、生态输水及防汛度汛工作。所以，工程质量、进度、投资三者的有机统一成为了摆在建设单位及设计单位面前的一道难题。为满足枢纽建设既能确保灌区的适时、适量灌溉，又能保证生态流量的按时下泄、汛期的调度需要，还要确保投资在概算范围内，建设单位与设计单位召开了多次论证会，最终，放弃了大开挖、浇筑大体积混凝土基础作为基础的传统做法，而是选择了挤密块石和夯填砂砾石相结合的措施进行处理的方案，该方案的主要特点是就地取材、经济实用、施工简单、经久耐用、缩短工期，下部的挤密块石可大幅度提高基础承载力，而上部的粗砂砾石夯填，起到了反滤透水的作用，既减小了下游扬压力，又确保底部的细粒土不被水流带走，确保了基础稳定。

3 施工方法及工序

“万丈高楼平地起”，基础决定着上层建筑的稳定性，水利枢纽施工更是如此，水利工程的基础对建筑物的功能发挥，对建筑整体的耐久性、可靠性都有着非常重要的作用。挤密块石和粗砂石垫层相结合，施工工序虽然简单，但对北河口枢纽的工程稳定性和后期工程效益的发挥有着相当重要的作用，在施工中加强重要隐蔽和关键部位的施工质量控制就显得尤为重要。

3.1 基础开挖

基础开挖采用挖掘机配合装载机施工。首先，根据设计放样开挖断面大样，确定施工轴线和控制高程，由于工程区域地下水位较高，基础开挖前需用大功率水泵不间断排水，确保开挖断面裸露，保证施工机械正常运行。基础开挖时一定要控制好开挖质量，开挖并清理干净建基面上的腐殖土和淤泥层，及时用自卸车运输到指定的堆放地点，以免污染环境。开挖深度必须达到含砾细沙层，如在设计高程部位仍有部分淤积层，仍需按要求进行清理，在全部断面清理到细沙层后，先用装载机对底面建基层进行整平成型，再用压路机进行压实，建基面成型，达到设计要求后，请监理工程师现场验槽，对宽度、长度、高度及底面细沙层的各种技术参数一一进行复核、验收后，方可进行块石填筑。

3.2 挤密块石填筑

按照设计要求，该工程所用的挤密块石料为直径15～40cm的块石，填筑厚度为60cm。块石料的填筑质量对基础挤密块石的施工效果起着关键性作用，采用何种施工方法来保证挤密块石的密实度，是施工的主要难题。为保证挤密块石的密实度，该工程在施工中采用块石料分层填筑、分层夯实、分层检测、多次成型的施工办法，每层的填筑厚度控制在±30cm左右，块石填筑前先用水泵抽净基坑内的积水，人工铲除剩余及机械洒落的有机杂物，然后用自卸车运输检验合格的块石到施工现场，用挖掘机配合装载机运送石块到基槽内进行摊铺和粗略压实，块石间的的缝隙用不分级配的砂砾石进行填筑，待一层的石块及填筑砾石全部铺设完成后，用20t的振动压路机进行反复碾压，直至质量检测人员对密实度检测合格，达到设计要求，再进行上层块石填筑及碾压，以此类推，纸质填筑达到达到设计高程。

该枢纽工程的基础挤密块石设计厚度为60cm，挤密块石施工完成后，在没有进行上层的垫层填筑施工前要保证挤密块石层不能被水淹没，应持续进行排水，避免进水后降低挤密块石的密实度。

3.3 砂砾石垫层填筑

挤密块石层完成施工后，上层还有100cm厚的砂砾石垫层，按照设计要求，砂砾石垫层料为筛分粒径5～40mm的天然砾石，夯填后的相对密度不小于0.65。经过筛分的砾石其性松散、孔隙大、透水性强。为了保证垫层料的密实，在施工中要求分层填筑，分层压实，每层压实厚度保持为20cm，单层厚度误差±3cm，施工采用垫层洒水加振动器压实的办法，来保证砂砾石的填筑密实，减少砂砾石的内部滑动。砂砾石垫层填筑中按设计要求严格控制含水量，避免降低压实效果，待分层填筑，分层夯实达到设计高程，经建设单位及监理单位共同对压实效果进行现场抽测，检测点的相对密度全部达到了设计要求，保证了工程质量。

4 抛石挤淤和块石换填的应用区别

当前，水利工程基础一般处理软弱基础一般采用三种方法，一是大断面开挖后浇筑大体积混凝土，二是采用抛石挤淤，三是采用块石换填，后两种处理方案不同之处主要体现在施工条件、施工工艺、承载力及对环境的污染等几方面，其主要特点如下：

(1)二者的应用区别

抛石挤淤的特点：抛石挤淤是对含水率高、孔隙比大、透水性弱、抗剪强度低的流塑状软土地基，利用挖掘机加入块石后反复碾压，淤泥由于受振动、挤压等原因，淤泥的结构发生破坏，当块石被挤入后，淤泥的颗粒被重新调整，空隙水通过块石空隙排出，空隙压力逐渐消散，使下层的淤泥性质改善，通过置换挤密作用使块石充分挤压到下层杂质土中，形成块石垫层以提高基础承载力，减少沉降。

块石换填的特点：块石换填是开挖、清除表层软土至达到基底承载力的土层，换填经设计认可的碎石土，然后用推土机摊铺及压实。施工原理和抛石挤淤一样，唯一不同之处是块石换填需要加软弱基础开挖后再回填，而抛石挤淤是直接将块石压入淤泥中的施工方法，相同之处块石都需要座落在下部的承载力较高的杂质土上。

(2)北河口枢纽基础处理选择的思路

首先，疏勒河河道恢复与归束项目北河口枢纽工程的基础为大部分为含砾细砂，块石挤淤的施工方法在此类基础处理中不适用；其次，块石换填的施工方法对基坑开挖难度较大、尤其块石使用量多，施工工期较长、工程造价较高，而该工程距离最近的块石料场都在100km，用此方案，工期和造价都不易控制，而采用大开挖，浇筑大体积混凝土造价会比块石换填造价更高；最后，挤密块石和砂砾石相结合的施工方法最大程度降低施工难度、缩短施工工期、降低了工程造价。

5 结语

通过三年多的运行，疏勒河河道恢复与归束项目北河口枢纽工程各建筑物没有出现明显的基础沉降，水平位移及垂直位移都在规范允许范围内，可以证明，挤密块石和砂砾石夯填相结合的施工方法在此类工程中应用是可行的，达到了投资低、工期短的设计效果。但挤密块石和砂砾石夯填相结合的施工方法的应用，还需结合当地地震分级、河道纵坡、河道流量、河道地质情况、地下水位等多方面因素综合考虑，切不可刻舟求剑，加之该方法在水利工程中运用的时间较短，缺乏具体完善的、可操作性性强的施工方法、技术及质量控制措施等，应有甄别地加以应用。