强夯施工在北赵引黄二期工程干渠渠道地基处理中的应用

宋孝斌

（运城市水务局 山西运城044000）

1 工程概况和渠道湿陷性地质情况

1.1 工程概况

北赵引黄二期工程是运城市自建国以来唯一一个由省级全部投资建设的大型水利工程，是在一期灌区的基础上发展和改善灌溉面积2.01 万hm2，工程涉及临猗、万荣、盐湖和闻喜四县（区），主要解决以上四县（区）的峨嵋台地旱地问题。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 条，配套新建渠道建筑物519 座；新建泵站11 座、为孤峰山生态修复新建共5 万m3调蓄池3 座等。

1.2 地质情况

根据北赵引黄二期工程初步设计地质勘察报告，该工程建筑物及渠道全部位于湿陷性黄土区，地质情况复杂，土层垂直节理发育，裂隙较多，沟坡边沿及沟道内陷穴、冲沟随处可见，土体自重湿陷严重，湿陷深度10～17 m，自重湿陷等级Ⅱ～Ⅳ级，最高达Ⅳ级（很严重）。针对以上情况，各渠系建筑物均有相应的地基处理设计方案，但干渠渠道除防渗措施外，未涉及专门的地基处理设计方案。为了确保工程安全，减少工程隐患，考虑到干渠为线形工程纵向线长，结合土工膜防渗，只需消除部分湿陷性，使渠道底部形成相对隔水层，即可满足工程需要，而强夯法技术成熟，消除部分湿陷效果好，施工效率高，成本较低，决定采用强夯施工处理干渠渠道地基。

2 强夯试验

2.1 试验目的

根据《强夯地基处理技术规程》（CECS279:2010）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）和《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2018），对该工程湿陷性黄土区进行现场试验，以消除地表及地表以下黄土状土及黄土状中粉质壤土层的部分湿陷性，确定具体的强（重）夯施工参数，得出满足要求的最佳施工技术参数和施工工艺，指导进行大面积施工。

2.2 试验参数

通过现场比较，在干渠桩号3+700 处（西景泵站附近）作为本次试验的试验区，试验前先用推土机将表层腐殖质土（不小于30 cm 厚）推至试验区之外，笼堆运至弃料场，并将试验区整平。按设计放出试验区的四周边线，撒白灰线作出标记。在试验区域内，根据设计进行强（重）夯夯击点布置（现场用装好土的塑料袋标记），对夯点进行编号、记录。在夯击区外一固定位置设置高程基准点，测量各试验区的平均地面高程（相对）。各试验区具体参数见表1。

表1 各试验区参数

在夯击过程中，严格按设计夯击的次数和遍数施工，拿钢尺测量地面到滑轮的距离，查看每次垂距的到位情况。用水准仪测量夯沉量，强夯每个夯击点每一击的夯沉量要全部测量，最后两击相对夯沉量的差值要求小于50 mm，重夯按一定的比例抽查测量部分夯击点每一击的夯沉量。强（重）夯全部测量了夯击终止时夯击面的高程，计算平均沉降量分别为：A 区0.85 m，B 区0.73 m，C 区0.83 m。

2.3 试验成果

1）现场取土样。夯击施工完成后10 天，在每个试验区各打3 个探井，从夯击终止时的基坑地表面起至其下4 m 深度范围内，每隔50 cm 取一个土样，进行室内土工试验。在试验区外空地打2 个探井进行原状土层土样，比照夯击试验区同样深度的土层，作为试验结果的对比。

2）试验结果。各取样区土样平均湿陷性试验结果具体见表2（其他土工指标略）。

表2 各取样区土样平均湿陷性试验结果

试验结果表明，强（重）夯区内的探井中所取土样，相对于原状土探井中所取土样，试验区天然孔隙比变小，干密度变大。A 区2.5 m 以内土层的湿陷性（包括自重湿陷性和非自重湿陷性）完全消除，2.5～4 m范围土层的自重湿陷性可消除。B 区3.0 m 以内土层的湿陷性（包括自重湿陷性和非自重湿陷性）完全消除，3.0～4.0 m 范围土层的自重湿陷性可消除。C区4.0 m 以内土层的湿陷性（包括自重湿陷性和非自重湿陷性）完全消除，4.0～5.3 m 范围土层的自重湿陷性可消除。

3 施工方案

考虑全挖段、半挖半填段干渠渠道的设计渠深，消除湿陷性深度达4.0 m 才能满足工程要求，结合现场强（重）夯试验情况，确定采用20 t 强夯法对干渠渠道桩号21+280 以前全挖段、半挖半填段地基进行处理。全挖段、半挖半填挖方1 m 以上，处理长度8 627 m，处理深度4 m，单击夯击能2 000 kN·m，处理宽度为挖方段渠道顶宽、填方段渠堤外坡脚，夯点间距3.5～4.0 m，正方形布点，采用点夯两遍，低能级满夯1 遍。半挖半填挖方1 m 以下，处理长度1 240 m，处理深度3 m，单击夯击能1 000 kN·m，处理宽度为渠堤外坡脚，行距3.0 m，正方形布点，采用点夯两遍，低能级满夯1 遍。

4 施工过程及操作要点

1）首先放好渠道的中心线，同时沿中心线每隔20 m 测地面高程，掌握实际地面情况，作为计算平均夯沉量时使用。

2）校核征地宽度和清表的宽度是否达到施工要求。

3）强夯范围边线放线。根据设计断面尺寸，开挖深度低于1.0 m 的渠段，按总宽9.6 m（960 cm）进行放线，即依中心线，每侧各4.8 m（480 cm）。开挖深度在1.0 m 以上（含1.0 m）的挖方渠段，按总宽8.6 m（860 cm）进行放线，即依中心线沿水流方向，左侧3.8 m（380 cm），右侧4.8 m（480 cm）。

4）强夯点布控。正方形布点，具体情况是：横向一排（垂直于渠道轴线方向）为3 点，中心点位于渠道轴线上，两侧边点中心点距中心线3.5 m（350 cm）；纵向（顺渠道轴线方向），每4.0 m（400 cm）布一排。布点时一定要先布置渠道纵向两侧的两行点，再布置中间一行夯击点。

5）采用两遍强夯施工。第一遍顺渠道纵向，布置并分别夯击一段渠道两侧的夯点，夯击施工完成后，用铲车或推土机推平。然后再布置中间的夯点，并进行夯击施工，完成后仍用铲车或推土机推平。第二遍进行低能满夯。并测量夯后场地高程。为提高工作效率，低能满夯仍采用强夯的锤，提升高度为4.0 m。

6）夯击时检查夯锤中心点应和布点重合，误差应不小于5 cm。夯锤提升高度是10 m。因为采用自动“脱钩机具”，初次夯击时，注意脱钩机具的拉绳要满足提升高度的要求，施工过程中注意不要意外挂脱即可。

7）夯击次数和标准。强夯每一个夯击点的夯击次数为：夯击第n 次的夯沉量，减去第（n-1）次的夯沉量，其值小于5 cm。每个夯击点的夯击次数不一样，大约平均15 次，一定要注意每个夯击点后的测量。

5 常见问题的处理措施

由于渠道战线长，地形复杂，施工过程中受到外界条件的影响大，有时会出现“弹簧土”“橡皮土”“翻浆”，其产生的原因：一是由于渠道表层土体的含水量高；二是由于夯击能过大，渠道表面发生塑性剪切变形破坏；三是点夯后，遍与遍之间的间隔时间不够，孔隙水压力未消散。

采取的措施：加强渠道施工范围内排水工作的同时，千万不要让客水进入渠道施工范围内。如有进水暂停夯击、翻晒。采取“换土法”，即将局部“弹簧土”挖除，利用混石填筑的措施。

6 安全措施

1）强夯施工时，严禁非施工人员在机架下面行走或停留。

2）进入现场人员应戴安全帽。夯击时所有人员应退出安全线以外。

7 施工质量控制

1）夯击点中心位移不应大于15 cm。

2）检查强夯施工纪录，基坑内每个夯点的累计夯沉量，不得小于试夯时各夯点平均夯沉量的95%。

3）按规范取土样进行室内实验，测定土的干密度、压缩系数和湿陷系数。在有效深度内，湿陷系数均应小于0.015。

4）强夯施工前应检查夯锤重和落距，以确保单击夯击能符合要求。

5）每遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差和漏夯应及时纠正。

6）检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量，施工过程中应对各项参数及施工情况作好详细记录。

8 结语

北赵引黄二期工程干渠渠道强夯后，有效深度内黄土的湿陷性已消除，在渠道砼没有施工前，经过几次雨水的浸泡，没有出现任何质量问题，大大延长了工程使用寿命。