【摘要】新疆某引水干渠工程的前期勘測設(shè)計工作歷時10年，有針對性的進行了大量的科學(xué)試驗和研究工作，其中輸水沿線特殊地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)處理設(shè)計具有代表性，可為國內(nèi)相似工程的研究提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】引水干渠；淤泥質(zhì)；泥巖，地基處理；設(shè)計

1、引言

新疆某引水干渠工程地處北疆嚴寒地區(qū)，由于受引水工程起、末點高程限制，渠線沿山前沖洪積扇中、上緣布置，除洪水問題突出外，地形起伏較大，地質(zhì)條件復(fù)雜，存在多種不良地質(zhì)渠段。作為本工程的設(shè)計負責(zé)人之一，親自組織和參與了本工程長達10年的前期設(shè)計方案的研究論證，和近5年的工程建設(shè)實踐，設(shè)計難點和專題研究內(nèi)容較多。本工程的建設(shè)實踐，飽含了廣大設(shè)計人員的付出，也凝結(jié)了新疆和國內(nèi)一大批知名專家和教授、學(xué)者的智慧，目前已完工通水。本文通過總結(jié)本工程已解決的特殊地基基礎(chǔ)的研究成果，也可為國內(nèi)相似工程的研究提供借鑒。

2、工程概況

新疆某引水干渠工程為Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級，設(shè)計洪水標準為P=3.33%，校核洪水標準為P=1%，工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度。

干渠采用梯形明渠輸水，總長112.393km，設(shè)計縱坡i=1/10000，渠道底寬6m，內(nèi)邊坡m=2.5，外邊坡1：1.5，渠頂馬道寬度5m，渠道的設(shè)計流量為55m3/s，設(shè)計水深為3.47m，流速為1.08m/s。渠道斷面采用10cm厚現(xiàn)澆板襯砌，采用專用的渠道襯砌機襯砌。采用兩布一膜（150g/0.6mm/150g）進行防滲，膜下鋪設(shè)3cm厚的 M10砂漿墊層或8cm厚的水泥穩(wěn)定砂礫墊層。

沿線共設(shè)置交叉建筑物155座，包括4座輸水渡槽、8座節(jié)制退水分水閘、2座輸水箱涵、1座輸水隧洞、25座排洪涵洞、9座排洪渡槽、2座渡洪橋、17座納洪口，24座農(nóng)渠涵、12座農(nóng)渠渡槽、7座農(nóng)渠倒虹吸、2座國道橋、4座公路橋、3座公路涵、22座農(nóng)橋、3座人行便橋、3座集水井、1座入河口，同時改造自來水管道2處。

干渠在樁號64+180～66+940、77+950～78+150、78+250～78+500、80+700～81+000段為淤泥質(zhì)基礎(chǔ)，在樁號81+600～109+400段穿越640臺地及640臺地南緣沖洪積扇中上部，基礎(chǔ)巖性主要為第三系的泥巖、砂巖互層，在73+500～76+500段通過富蘊—錫伯渡活動斷裂帶的影響帶。

3、渠基特殊地層處理研究

3.1 淤泥質(zhì)基礎(chǔ)

渠道通過樁號64+180～66+940段，地下水位出露，形成沼澤區(qū)，蘆葦和紅柳生長茂密。本段除采用排水、換填表層粉土質(zhì)砂和根植土層外，在本段建基面設(shè)置一層土工格室+回填砂礫石的措施對地基進行加固。土工格室采用GS—100—400型，高度100mm，焊接間距400mm，片材厚度1.0mm，鋪設(shè)寬度超出兩側(cè)渠基填筑寬度各50cm，本段共鋪設(shè)土工格室12.6萬m2。考慮到冬季凍融對渠道坡腳的破壞，在渠道坡腳設(shè)置戧臺保護，戧臺高出水面高程1.5m，寬度2m，外邊坡1：1.5。為驗證處理措施的合理性，選取在本段的伴渠道路處率先使用該型號的土工格室+回填砂礫石的措施進行地基加固試驗，通過近2年的運行實踐，實測基礎(chǔ)沉降量僅0.5cm，結(jié)果表明加固效果良好，可推廣到該類條件下的渠道基礎(chǔ)加固中使用。

渠線通過樁號80+700～81+000段采用排水、換填方案，挖除上部淤泥層，采用TC10料場的砂礫石填筑，局部地段基礎(chǔ)面鋪設(shè)>8cm的砂石場棄料20cm，為方便施工，設(shè)置臨時施工便道輔助。對77+950～78+150段、78+250～78+500段由于地勢較低，排水困難，清除表層1m的淤泥層后，在該兩段采用鋪設(shè)一層土工格室+回填砂礫石進行加固，共鋪設(shè)土工格室8萬m2。

3.2 中強膨脹性的泥巖基礎(chǔ)

渠道后段穿越640臺地及640臺地中下緣，基礎(chǔ)為泥巖、砂巖互層，渠道以挖方斷面為主。泥巖具中強膨脹性，強風(fēng)化層波速550～660m/s左右，弱風(fēng)化層波速1800～2500m/s左右，干密度 1.8～1.90g/cm3，干抗壓強度為3.31～5.63MPa，飽和抗壓強度為0.041～0.056 MPa，膨脹力為69～129KPa，無荷載膨脹率為17～103%，崩解量100%，抗剪強度：干燥狀態(tài)下，C=500～800KPa，φ=32～36°；飽和狀態(tài)下，C=32～41KPa，φ=23～30°。

受640臺地上部滯水層的補給，以及640臺地開發(fā)灌溉回歸水的出露，在渠道開挖面的泥巖頂面出現(xiàn)滲水及地下水出流現(xiàn)象，造成泥巖開挖面的失穩(wěn)塌滑破壞。因此該段渠道以外水源對渠道邊坡穩(wěn)定的影響為主，渠道運行后的內(nèi)水外滲對渠道邊坡的影響為輔，需要采取有效措施，保證泥巖基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

根據(jù)分析計算結(jié)果，結(jié)合已建工程的經(jīng)驗，本工程采用“截、緩、換、排、防”相結(jié)合處理泥巖的措施。所謂“截”，就是采用截水溝等措施將地下滲水等外水攔截在渠道基礎(chǔ)邊坡以外一定的安全距離；“緩”就是采用放緩泥巖開挖邊坡至1：3，保證泥巖邊坡達到飽和狀態(tài)時滿足自身的穩(wěn)定性；“換”就是在泥巖開挖面采用換填一定厚度的砂礫料，既起到一定的壓重作用，同時具備排水條件，其中弱膨脹性泥巖換填1m，中膨脹性泥巖換填1.5m，強膨脹性泥巖換填2m；“排”就是在渠道開挖面的泥巖頂部及渠底，設(shè)置縱、橫向的排水體，將進入渠道范圍的滲水及時通過所設(shè)置的縱向排水體進行匯集后，再通過橫向排水體排出渠道外，排水體由排水溝、無紡布、2～4cm中石、DN150～200mm軟氏透水管組成，滲水量大處設(shè)置2根透水管，滲水量小處設(shè)置1根透水管，縱排的縱坡取1/1000，橫排縱坡取1/100；“防”就是采用二布一膜（膜厚0.6mm，）進行防滲，截斷渠道內(nèi)水外滲通道，避免渠道滲漏的水與膨脹性巖的接觸。

以上措施中排水是關(guān)鍵，依據(jù)渠道挖填情況和出水面位置，共分以下6種不同斷面型式進行處理：

①全填方斷面和半挖半填斷面：在渠道左坡腳2m外設(shè)置縱向排水溝，溝底高程為深入泥巖面1m以下，將水截排到沿線所設(shè)的排洪涵進口及渠底橫向排水中。

②全挖方斷面中出水面在渠頂馬道2m以上且距原地面小于2m：將左渠頂以上泥巖邊坡放緩到1：3，砂礫石邊坡放緩到1：2，在泥巖頂面距渠道邊坡2m外設(shè)置縱向排水溝，溝底高程為深入泥巖面1m以下，將水截排到沿線所設(shè)的排洪涵進口及渠底橫向排水中。在渠坡開口線以外不設(shè)截水溝。

③全挖方斷面中出水面在渠頂馬道2m以上且距原地面也大于2m：將左渠頂以上泥巖邊坡放緩到1：3，砂礫石邊坡放緩到1：2，在泥巖頂面距渠道邊坡2m外設(shè)置縱向排水溝，溝底高程為深入泥巖面1m以下，將水截排到沿線所設(shè)的排洪涵進口及渠底橫向排水中。另外在渠坡開口線以外2m設(shè)置截水溝，保護開挖面不受雨水沖刷。

④全挖方斷面中出水面在渠頂馬道以下且馬道原地面小于2m：將左渠頂以上泥巖邊坡放緩到1：3，砂礫石邊坡放緩到1：2，在泥巖頂面距渠道邊坡2m外設(shè)置縱向排水溝，溝底高程為深入泥巖面1m以下，將水截排到沿線所設(shè)的排洪涵進口及渠底橫向排水中。在渠坡開口線以外不設(shè)截水溝。

⑤全挖方斷面中出水面在渠頂馬道以下且馬道原地面也大于2m：將渠頂以上砂礫石邊坡放緩到1：2，在泥巖頂面距渠道邊坡2m外設(shè)置縱向排水溝，溝底高程為深入泥巖面1m以下，將水截排到沿線所設(shè)的排洪涵進口及渠底橫向排水中。另外在渠坡開口線以外2m設(shè)置截水溝，保護開挖面不受雨水沖刷。

⑥對已經(jīng)塌滑的渠段，將塌滑體和已經(jīng)軟化的泥巖體完全清除，在滲流面做好排水體后再采用砂礫料分層碾壓至設(shè)計斷面。

3.3 活動斷層帶基礎(chǔ)

渠道在73+500～76+500段通過富蘊—錫伯渡活動斷裂帶的影響帶，渠道基礎(chǔ)巖性為黑云母片麻巖、片巖和變質(zhì)砂巖，渠道與斷裂帶走向基本平行。由于斷裂帶的活動，在樁號75+591.877～75+810段存在一條與渠道斜交近30°的不等寬的泥巖小斷層，其中與渠道北側(cè)相交處寬度10m，與渠道軸線相交處寬度100m，在渠道南側(cè)相交處寬度160m。根據(jù)試驗結(jié)果，該段泥巖具有中等膨脹性，同時推測該條小斷層未來具有小于50cm的活動變形量。

經(jīng)設(shè)計計算并參考類似工程經(jīng)驗，在該段渠道范圍內(nèi)，首先在泥巖開挖面鋪設(shè)60cm厚的毛面片石層，除加大壓重外，充分利用片石與泥巖的摩擦系數(shù)較大的特性；其次在片石上部鋪設(shè)52cm厚砂礫石換填層，層內(nèi)設(shè)縱向排水體，與75+500處所設(shè)的橫向排水體相連；然后設(shè)置8cm后的水泥膠結(jié)砂礫料墊層、兩布一膜防滲層，防滲層鋪設(shè)范圍為75+546～75+860；渠道表面設(shè)置30cm厚的預(yù)制砼塊，砼塊尺寸30cm×60cm，結(jié)構(gòu)縫寬2cm，下部28cm采用聚乙烯隔縫板，表層2cm采用雙組份聚硫密封膠。該泥巖斷層與片巖基礎(chǔ)相交處設(shè)置2cm寬的變形縫，縫結(jié)構(gòu)同預(yù)制砼塊結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)縫。

4、結(jié)束語

本工程通過大量的科學(xué)試驗和研究工作，取得了一系列的關(guān)鍵技術(shù)研究成果，既為本工程的合理設(shè)計和順利實施打下了基礎(chǔ)，也為干旱、嚴寒地區(qū)的渠道設(shè)計和建設(shè)提供了一定的經(jīng)驗，尤其是輸水沿線特殊地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)處理方案設(shè)計，具有代表性，可為國內(nèi)相似工程的研究提供借鑒。

參考文獻：

[1]地基處理手冊編寫委員會，地基處理手冊（第二版）[M].北京；中國建筑工業(yè)出版社，2000.8。

[2]SL232-2006，渠系工程抗凍張設(shè)計規(guī)范[S]。

作者簡介：周應(yīng)祥（1969—），男，甘肅人，高級工程師，主要從事大中型水利水電工程設(shè)計工作。