新疆干燥、松散濕陷性粉土渠基強夯處理措施研究

王恩輝

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 概況

我國目前現(xiàn)行的濕陷性黃土規(guī)范GB 50025—2018《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》主要編制依據(jù)為黃土高原地區(qū)的濕陷黃土資料，并且主要針對工業(yè)和民用房屋建筑工程，其基本框架對水利工程缺乏有效的指導和規(guī)范作用，對新疆黃土考慮較少，對濕陷粉土更無涉足。主要表現(xiàn)在：

(1)黃土規(guī)范主要依據(jù)陜甘寧晉4省的建筑行業(yè)資料和經(jīng)驗，所取經(jīng)驗系數(shù)也只列出了這幾個地區(qū)的值。而新疆地區(qū)濕陷土場地具有鮮明的特殊性，渠道工程具有較長的線性特征，地形起伏變化復雜，規(guī)范對其缺乏適用性。

(2)建筑地基主要以加荷為主，而渠道工程本身荷載較小，特別是挖方渠道是以卸荷為主，采用工業(yè)與民用建筑的荷載標準確定渠道工程的濕陷性等級，會造成對濕陷性等級評價被高估和誤判等問題。

(3)規(guī)范在濕陷性土層充分浸水情況下進行土層濕陷性評價，渠道工程在設置排水體后，下部土體可能達不到飽和，但規(guī)范中并未對濕陷土層的起始濕陷含水率進行規(guī)定，會造成對渠基濕陷量難以準確評估的問題。

(4)規(guī)范將土層濕陷性等級評價同建筑物重要性統(tǒng)一考慮作為濕陷性處理適宜性的評判依據(jù)，但以建筑物的高度作為建筑物重要性劃分依據(jù)的方式不適用于渠道工程的重要性等級劃分。

(5)規(guī)范規(guī)定的濕陷性土層的處理方法涵蓋目前國內(nèi)黃土地基處理的主要方法，但是對于渠道工程如何根據(jù)實際情況在防滲措施和處理措施兩者之間進行選擇，采取合理的處理方法是一個需要解決的問題，特別對濕陷粉土的處理方法需要提出可行的措施。

隨著近幾年新疆地區(qū)水利工程建設發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)濕陷性土存在于風積黃土、洪積粉土中，濕陷洪積粉土除具有常規(guī)的濕陷性黃土的特點外，還具有其自身的特殊性，如：天然含水量低、密度小、分布厚度較大等，對水利工程運行危害極大，已經(jīng)成為制約水利工程建設的重要因素，必須引起足夠的重視。

本文依托新疆某大型引渠工程，對新疆地區(qū)干燥、松散的濕陷性粉土渠基處理進行專題研究，該工程有近30km受周邊城鎮(zhèn)、耕地、交通設施等影響采用沿山坡布置型式，經(jīng)地質(zhì)勘測發(fā)現(xiàn)該段有26km渠基處于濕陷性粉土上，濕陷性土層深度3～6m局部厚度達11m，考慮渠道長期運行存在防滲體破壞而不能及時發(fā)現(xiàn)修補的風險，渠線下游側有高速、國道、農(nóng)田、城鎮(zhèn)及工廠等重要保護對象，渠道一旦潰堤將對上訴對象帶來毀滅性的災難，同時為確保工程工期和控制成本，必須對該段濕陷性粉土的處理進行專項研究。

2 濕陷性粉土物理特性

2.1 濕陷性粉土的分布及成因

傍山段渠線沿線多成溝梁相間的“W”型地形，溝底分布沖洪積含土碎石層及粉土，厚度由坡頂向溝底逐漸變厚，見層理，夾碎石層，具明顯水流搬運痕跡。分布于溝底的粉土層厚度10～20m，兩岸斜坡粉土層厚度5～10m。

2.2 北山坡細粒土物理力學性質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)試驗成果傍山段渠基土定名為低液限粉土、含砂粉土、粉土質(zhì)砂。

2.2.1低液限粉土

根據(jù)試驗成果，粒徑0.075～0.005mm占62.7%～96.7%，小于0.005mm占2%～16.5%，液限20.9%～30%，塑限12.1%～21.3%， 塑性指數(shù)7.6～9.7，干密度1.30～1.64g/cm3，孔隙比為0.65～1.08，飽和壓縮系數(shù)為0.11MPa-1～0.59MPa-1，壓縮模量為3.28MPa～8.8MPa，屬中～高等壓縮性土。

2.2.2含砂粉土

據(jù)試驗成果，粒徑0.075～0.005mm占40%～78.7%，小于0.005mm含量占0.1%～17.5%，比重2.69～2.71，液限20.6%～26.3%，塑限12%～17.4%， 塑性指數(shù)7.4～9.6，干密度1.39～1.61g/cm3，孔隙比為0.68～0.95，飽和壓縮系數(shù)為0.16MPa-1～0.595MPa-1，壓縮模量為3.29MPa～11.31MPa，屬中～高等壓縮性土。

2.2.3粉土質(zhì)砂

據(jù)試驗成果，粒徑0.075～0.005mm占16.4%～44.5%，小于0.005mm占0.5%～6%，液限19.5%～24.8%，塑限11.8%～16.8%， 塑性指數(shù)7.2～9.0，干密度1.32～1.59g/cm3，孔隙比為0.71～0.94，飽和壓縮系數(shù)為0.170MPa-1～0.554MPa-1，壓縮模量為3.67MPa-1～10.04MPa，屬中～高等壓縮性土。

2.2.4濕陷性粉土的濕陷程度

渠基沿線中等濕陷性土下限基本位于地表以下2～3m，少量位于地表以下4～5m，輕微濕陷性下限位于地表以下5～7m，最深11m。

根據(jù)室內(nèi)試驗結果，渠基濕陷性粉土自重濕陷量為18～59mm，個別土層自重濕陷性量大于70mm，根據(jù)GB 50025—2018判斷標準該段粉土屬于非自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅰ(輕微)或Ⅱ(中等)。土層的濕陷起始壓力基本在5～40kPa，極少量達107kPa。其濕陷起始壓力多小于荷載，故本段濕陷性土在不作處理時，遇水基本會產(chǎn)生濕陷。

3 處理方式的確定

針對該段濕陷性粉土渠基的處理方式，一方面借鑒工業(yè)與民用建筑的方法，另一方面在工程實踐中進行改進以適應渠道工程特性。根據(jù)已建工程處理經(jīng)驗進行分析對比，確定適合本工程的處理方式。各濕陷性黃土渠基處理方法見表1。

表1 濕陷性黃土渠基處理方法

從處理方式的原理和可靠性看，強夯法和翻夯法均適用本工程；從處理方式的操作性、周邊建筑物情況和處理深度看，翻夯法需進行現(xiàn)場土體制備調(diào)整土體含水率，耗時長，且受天氣影響大；工程實踐經(jīng)驗強夯法可通過加大夯擊能的措施，研究在天然低含水率情況下實現(xiàn)夯實消除濕陷性的可行性。因此本工程除在渠基周邊存在高速公路、民用建筑等保護對象時需采用翻夯法處理外，其余部位均采用強夯法處理，但對強夯法的施工控制參數(shù)，需進行現(xiàn)場夯擊試驗確定。

4 現(xiàn)場夯擊試驗

為對該段濕陷性粉土渠基大面積處理提供施工依據(jù)和決策，在實施現(xiàn)場進行不同處理深度、不同含水率、不同夯擊能試驗，記錄試驗數(shù)據(jù)，檢測夯擊后土體濕陷性性能、核算施工單價，確定最佳的處理參數(shù)。

4.1 試驗場區(qū)選擇

為了能夠反饋有效、多樣具有可比性的試驗數(shù)據(jù)，確保大面積施工的處理質(zhì)量，結合施工現(xiàn)場情況，選取3段渠基進行夯擊試驗，并在每段試夯劃分2個10.0m×10.0m的試驗區(qū)，其中第一區(qū)段渠基采用天然狀態(tài)和溝槽增濕2種狀態(tài)下進行試驗，其余區(qū)段均在天然含水情況下進行試驗。夯點采用正方型布置夯點中心距5.0m，初擬試夯場區(qū)特性及試驗設備型號見表2—3。

表2 試夯場區(qū)特性表

表3 試夯試驗設備表

(續(xù)表)

4.2 夯擊檢驗及完成標準

4.2.1試驗檢驗項目及指標

試驗檢驗項目和標準根據(jù)GB50025—2018的要求確定，具體見表4。

表4 試夯施工質(zhì)量檢驗項目表

4.2.2試驗檢驗項目及指標

(1)最后兩次夯擊的平均夯沉量小于等于50mm，單擊夯擊能超過4000KN·m時小于等于100mm。

(2)夯坑周圍不能有過大的地面隆起。

(3)不能因夯坑過深造成起錘困難。

4.2.3現(xiàn)場夯擊試驗成果

表5為夯坑及場地下沉量匯總表，夯擊前后土體特征對比見表6。

表5 夯坑及場地下沉量匯總表

表6 夯擊前后土體特征對比表

4.2.4周邊環(huán)境影響范圍

目前國內(nèi)無針對的強夯的振動安全標準，本工程根據(jù)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》相關規(guī)定，對3#夯區(qū)2個試驗單元周邊布設監(jiān)測斷面進行水平及垂直震速監(jiān)測，了解夯擊振動對周邊建筑和其他地物的影響程度和影響距離，用于指導工程確定采用夯擊的施工區(qū)段。成果詳見表7。

表7 強夯試驗振速成果表

根據(jù)GB 6722—2014振動主頻在10～50Hz范圍，允許安全振速為0.7～1.2cm/s，由上表得出安全強夯施工距離控制在保護對象以外20m。

5 結語

針對缺水地區(qū)干燥、松散性濕陷性土層，對原狀土采用3000～5000KN·m夯擊能時，可消除4m深度范圍內(nèi)的土體濕陷性，本次研究中夯擊能為7000KN·m時成功消除了5.7m深土層的濕陷性。目前國內(nèi)最大夯擊可達18000KN·m以上，基本消除10m左右干燥、松散性濕陷性土體的濕陷性。同時結合夯擊振動監(jiān)測成果，強夯施工對場區(qū)周邊20m外建筑物基本沒有影響。由此可見，采用加大夯擊能方式進行天然干燥、松散性濕陷性土層的濕陷處理，簡化了GB 50025—2018中強夯處理對土體含水率要求，改善了施工環(huán)境，可有效縮短工期和節(jié)約施工成本，具有顯著的工程推廣價值。