擠密塊石和粗砂礫石夯填相結(jié)合在處理河道液化地基中的應(yīng)用

強(qiáng)繼文

(甘肅省疏勒河流域水資源局雙塔灌區(qū)管理處，甘肅 瓜州 736100)

1 工程概況

甘肅省河西走廊疏勒河河道恢復(fù)與歸束項(xiàng)目北河口樞紐工程位于疏勒河干流最下游，地處甘肅省瓜州縣西湖鎮(zhèn)最西端的西湖村附近。工程主要任務(wù)是疏通疏勒河古河道，確保下游河道的正常通行；改善河道及樞紐的防汛工程設(shè)施；同時(shí)解決疏勒河向下游生態(tài)輸水與西湖灌區(qū)取水之間的矛盾。樞紐的主要建筑物有攔河閘、泄水閘、溢流堰、進(jìn)水閘、跨河交通橋、防洪導(dǎo)墻、控制閘室及上、下游護(hù)坡等。

項(xiàng)目工程區(qū)域地層主要為第四系不同成因沉(堆)積物，河床及兩岸為沖積含礫細(xì)沙，厚度大于10m。由于地處盆地地區(qū)，地下水位較高，一般埋深在0.5～3m，水質(zhì)較差，對普通硅酸鹽混凝土有強(qiáng)硫型腐蝕性、對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有弱腐蝕性、對鋼結(jié)構(gòu)有強(qiáng)腐蝕性。在設(shè)計(jì)階段，由于地層以河道風(fēng)積、堆積物為主，考慮建筑物基礎(chǔ)在施工及后期運(yùn)行中可能存在嚴(yán)重的滲透變形、鹽漬化及鹽脹、沖刷、基礎(chǔ)液化、水腐蝕及基坑涌水等多種問題，所以在攔河閘、泄水閘、溢流堰、進(jìn)水閘等主要建筑物的基礎(chǔ)部位設(shè)計(jì)過程中，建設(shè)及設(shè)計(jì)單位多次開會(huì)討論及論證，最終決定采用擠密塊石和粗砂礫石強(qiáng)夯相結(jié)合的處理辦法。經(jīng)過建成后三年多的運(yùn)行效果來看，達(dá)到了基礎(chǔ)穩(wěn)定可靠、節(jié)約投資、縮短工期、保護(hù)環(huán)境的目的。

2 擠密塊石和砂礫石施工特點(diǎn)

疏勒河河道的河床為含礫細(xì)沙，厚度分布不均、范圍廣，大部分地段厚度不足10m，作為樞紐的建筑物基礎(chǔ)，其承載力遠(yuǎn)不能滿足要求，用水工建筑基礎(chǔ)施工中常用的加固措施來處理該樞紐的地基及基礎(chǔ)部分，會(huì)導(dǎo)致造價(jià)過高、工期過長，而該樞紐由于為集灌溉、防洪、生態(tài)供水為一體的綜合性樞紐，一旦不能按計(jì)劃工期完工，會(huì)嚴(yán)重影響下游的灌區(qū)灌溉、生態(tài)輸水及防汛度汛工作。所以，工程質(zhì)量、進(jìn)度、投資三者的有機(jī)統(tǒng)一成為了擺在建設(shè)單位及設(shè)計(jì)單位面前的一道難題。為滿足樞紐建設(shè)既能確保灌區(qū)的適時(shí)、適量灌溉，又能保證生態(tài)流量的按時(shí)下泄、汛期的調(diào)度需要，還要確保投資在概算范圍內(nèi)，建設(shè)單位與設(shè)計(jì)單位召開了多次論證會(huì)，最終，放棄了大開挖、澆筑大體積混凝土基礎(chǔ)作為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)做法，而是選擇了擠密塊石和夯填砂礫石相結(jié)合的措施進(jìn)行處理的方案，該方案的主要特點(diǎn)是就地取材、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、施工簡單、經(jīng)久耐用、縮短工期，下部的擠密塊石可大幅度提高基礎(chǔ)承載力，而上部的粗砂礫石夯填，起到了反濾透水的作用，既減小了下游揚(yáng)壓力，又確保底部的細(xì)粒土不被水流帶走，確保了基礎(chǔ)穩(wěn)定。

3 施工方法及工序

“萬丈高樓平地起”，基礎(chǔ)決定著上層建筑的穩(wěn)定性，水利樞紐施工更是如此，水利工程的基礎(chǔ)對建筑物的功能發(fā)揮，對建筑整體的耐久性、可靠性都有著非常重要的作用。擠密塊石和粗砂石墊層相結(jié)合，施工工序雖然簡單，但對北河口樞紐的工程穩(wěn)定性和后期工程效益的發(fā)揮有著相當(dāng)重要的作用，在施工中加強(qiáng)重要隱蔽和關(guān)鍵部位的施工質(zhì)量控制就顯得尤為重要。

3.1 基礎(chǔ)開挖

基礎(chǔ)開挖采用挖掘機(jī)配合裝載機(jī)施工。首先，根據(jù)設(shè)計(jì)放樣開挖斷面大樣，確定施工軸線和控制高程，由于工程區(qū)域地下水位較高，基礎(chǔ)開挖前需用大功率水泵不間斷排水，確保開挖斷面裸露，保證施工機(jī)械正常運(yùn)行。基礎(chǔ)開挖時(shí)一定要控制好開挖質(zhì)量，開挖并清理干凈建基面上的腐殖土和淤泥層，及時(shí)用自卸車運(yùn)輸?shù)街付ǖ亩逊诺攸c(diǎn)，以免污染環(huán)境。開挖深度必須達(dá)到含礫細(xì)沙層，如在設(shè)計(jì)高程部位仍有部分淤積層，仍需按要求進(jìn)行清理，在全部斷面清理到細(xì)沙層后，先用裝載機(jī)對底面建基層進(jìn)行整平成型，再用壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，建基面成型，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，請監(jiān)理工程師現(xiàn)場驗(yàn)槽，對寬度、長度、高度及底面細(xì)沙層的各種技術(shù)參數(shù)一一進(jìn)行復(fù)核、驗(yàn)收后，方可進(jìn)行塊石填筑。

3.2 擠密塊石填筑

按照設(shè)計(jì)要求，該工程所用的擠密塊石料為直徑15～40cm的塊石，填筑厚度為60cm。塊石料的填筑質(zhì)量對基礎(chǔ)擠密塊石的施工效果起著關(guān)鍵性作用，采用何種施工方法來保證擠密塊石的密實(shí)度，是施工的主要難題。為保證擠密塊石的密實(shí)度，該工程在施工中采用塊石料分層填筑、分層夯實(shí)、分層檢測、多次成型的施工辦法，每層的填筑厚度控制在±30cm左右，塊石填筑前先用水泵抽凈基坑內(nèi)的積水，人工鏟除剩余及機(jī)械灑落的有機(jī)雜物，然后用自卸車運(yùn)輸檢驗(yàn)合格的塊石到施工現(xiàn)場，用挖掘機(jī)配合裝載機(jī)運(yùn)送石塊到基槽內(nèi)進(jìn)行攤鋪和粗略壓實(shí)，塊石間的的縫隙用不分級(jí)配的砂礫石進(jìn)行填筑，待一層的石塊及填筑礫石全部鋪設(shè)完成后，用20t的振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行反復(fù)碾壓，直至質(zhì)量檢測人員對密實(shí)度檢測合格，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，再進(jìn)行上層塊石填筑及碾壓，以此類推，紙質(zhì)填筑達(dá)到達(dá)到設(shè)計(jì)高程。

該樞紐工程的基礎(chǔ)擠密塊石設(shè)計(jì)厚度為60cm，擠密塊石施工完成后，在沒有進(jìn)行上層的墊層填筑施工前要保證擠密塊石層不能被水淹沒，應(yīng)持續(xù)進(jìn)行排水，避免進(jìn)水后降低擠密塊石的密實(shí)度。

3.3 砂礫石墊層填筑

擠密塊石層完成施工后，上層還有100cm厚的砂礫石墊層，按照設(shè)計(jì)要求，砂礫石墊層料為篩分粒徑5～40mm的天然礫石，夯填后的相對密度不小于0.65。經(jīng)過篩分的礫石其性松散、孔隙大、透水性強(qiáng)。為了保證墊層料的密實(shí)，在施工中要求分層填筑，分層壓實(shí)，每層壓實(shí)厚度保持為20cm，單層厚度誤差±3cm，施工采用墊層灑水加振動(dòng)器壓實(shí)的辦法，來保證砂礫石的填筑密實(shí)，減少砂礫石的內(nèi)部滑動(dòng)。砂礫石墊層填筑中按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制含水量，避免降低壓實(shí)效果，待分層填筑，分層夯實(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)高程，經(jīng)建設(shè)單位及監(jiān)理單位共同對壓實(shí)效果進(jìn)行現(xiàn)場抽測，檢測點(diǎn)的相對密度全部達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，保證了工程質(zhì)量。

4 拋石擠淤和塊石換填的應(yīng)用區(qū)別

當(dāng)前，水利工程基礎(chǔ)一般處理軟弱基礎(chǔ)一般采用三種方法，一是大斷面開挖后澆筑大體積混凝土，二是采用拋石擠淤，三是采用塊石換填，后兩種處理方案不同之處主要體現(xiàn)在施工條件、施工工藝、承載力及對環(huán)境的污染等幾方面，其主要特點(diǎn)如下：

(1)二者的應(yīng)用區(qū)別

拋石擠淤的特點(diǎn)：拋石擠淤是對含水率高、孔隙比大、透水性弱、抗剪強(qiáng)度低的流塑狀軟土地基，利用挖掘機(jī)加入塊石后反復(fù)碾壓，淤泥由于受振動(dòng)、擠壓等原因，淤泥的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，當(dāng)塊石被擠入后，淤泥的顆粒被重新調(diào)整，空隙水通過塊石空隙排出，空隙壓力逐漸消散，使下層的淤泥性質(zhì)改善，通過置換擠密作用使塊石充分?jǐn)D壓到下層雜質(zhì)土中，形成塊石墊層以提高基礎(chǔ)承載力，減少沉降。

塊石換填的特點(diǎn)：塊石換填是開挖、清除表層軟土至達(dá)到基底承載力的土層，換填經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可的碎石土，然后用推土機(jī)攤鋪及壓實(shí)。施工原理和拋石擠淤一樣，唯一不同之處是塊石換填需要加軟弱基礎(chǔ)開挖后再回填，而拋石擠淤是直接將塊石壓入淤泥中的施工方法，相同之處塊石都需要座落在下部的承載力較高的雜質(zhì)土上。

(2)北河口樞紐基礎(chǔ)處理選擇的思路

首先，疏勒河河道恢復(fù)與歸束項(xiàng)目北河口樞紐工程的基礎(chǔ)為大部分為含礫細(xì)砂，塊石擠淤的施工方法在此類基礎(chǔ)處理中不適用；其次，塊石換填的施工方法對基坑開挖難度較大、尤其塊石使用量多，施工工期較長、工程造價(jià)較高，而該工程距離最近的塊石料場都在100km，用此方案，工期和造價(jià)都不易控制，而采用大開挖，澆筑大體積混凝土造價(jià)會(huì)比塊石換填造價(jià)更高；最后，擠密塊石和砂礫石相結(jié)合的施工方法最大程度降低施工難度、縮短施工工期、降低了工程造價(jià)。

5 結(jié)語

通過三年多的運(yùn)行，疏勒河河道恢復(fù)與歸束項(xiàng)目北河口樞紐工程各建筑物沒有出現(xiàn)明顯的基礎(chǔ)沉降，水平位移及垂直位移都在規(guī)范允許范圍內(nèi)，可以證明，擠密塊石和砂礫石夯填相結(jié)合的施工方法在此類工程中應(yīng)用是可行的，達(dá)到了投資低、工期短的設(shè)計(jì)效果。但擠密塊石和砂礫石夯填相結(jié)合的施工方法的應(yīng)用，還需結(jié)合當(dāng)?shù)氐卣鸱旨?jí)、河道縱坡、河道流量、河道地質(zhì)情況、地下水位等多方面因素綜合考慮，切不可刻舟求劍，加之該方法在水利工程中運(yùn)用的時(shí)間較短，缺乏具體完善的、可操作性性強(qiáng)的施工方法、技術(shù)及質(zhì)量控制措施等，應(yīng)有甄別地加以應(yīng)用。