王恩輝

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 概況

我國(guó)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(duì)工業(yè)和民用房屋建筑工程，其基本框架對(duì)水利工程缺乏有效的指導(dǎo)和規(guī)范作用，對(duì)新疆黃土考慮較少，對(duì)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(yàn)，所取經(jīng)驗(yàn)系數(shù)也只列出了這幾個(gè)地區(qū)的值。而新疆地區(qū)濕陷土場(chǎng)地具有鮮明的特殊性，渠道工程具有較長(zhǎng)的線性特征，地形起伏變化復(fù)雜，規(guī)范對(duì)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(biāo)準(zhǔn)確定渠道工程的濕陷性等級(jí)，會(huì)造成對(duì)濕陷性等級(jí)評(píng)價(jià)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(jìn)行土層濕陷性評(píng)價(jià)，渠道工程在設(shè)置排水體后，下部土體可能達(dá)不到飽和，但規(guī)范中并未對(duì)濕陷土層的起始濕陷含水率進(jìn)行規(guī)定，會(huì)造成對(duì)渠基濕陷量難以準(zhǔn)確評(píng)估的問題。

(4)規(guī)范將土層濕陷性等級(jí)評(píng)價(jià)同建筑物重要性統(tǒng)一考慮作為濕陷性處理適宜性的評(píng)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(jí)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(guó)內(nèi)黃土地基處理的主要方法，但是對(duì)于渠道工程如何根據(jù)實(shí)際情況在防滲措施和處理措施兩者之間進(jìn)行選擇，采取合理的處理方法是一個(gè)需要解決的問題，特別對(duì)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(shè)發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)濕陷性土存在于風(fēng)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(diǎn)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(duì)水利工程運(yùn)行危害極大，已經(jīng)成為制約水利工程建設(shè)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(duì)新疆地區(qū)干燥、松散的濕陷性粉土渠基處理進(jìn)行專題研究，該工程有近30km受周邊城鎮(zhèn)、耕地、交通設(shè)施等影響采用沿山坡布置型式，經(jīng)地質(zhì)勘測(cè)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(dá)11m，考慮渠道長(zhǎng)期運(yùn)行存在防滲體破壞而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)的風(fēng)險(xiǎn)，渠線下游側(cè)有高速、國(guó)道、農(nóng)田、城鎮(zhèn)及工廠等重要保護(hù)對(duì)象，渠道一旦潰堤將對(duì)上訴對(duì)象帶來毀滅性的災(zāi)難，同時(shí)為確保工程工期和控制成本，必須對(duì)該段濕陷性粉土的處理進(jìn)行專項(xiàng)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(yùn)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(xì)粒土物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)結(jié)果，渠基濕陷性粉土自重濕陷量為18～59mm，個(gè)別土層自重濕陷性量大于70mm，根據(jù)GB 50025—2018判斷標(biāo)準(zhǔn)該段粉土屬于非自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為Ⅰ(輕微)或Ⅱ(中等)。土層的濕陷起始?jí)毫驹?～40kPa，極少量達(dá)107kPa。其濕陷起始?jí)毫Χ嘈∮诤奢d，故本段濕陷性土在不作處理時(shí)，遇水基本會(huì)產(chǎn)生濕陷。

3 處理方式的確定

針對(duì)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(shí)踐中進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)渠道工程特性。根據(jù)已建工程處理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析對(duì)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(qiáng)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)土體制備調(diào)整土體含水率，耗時(shí)長(zhǎng)，且受天氣影響大；工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)夯實(shí)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(hù)對(duì)象時(shí)需采用翻夯法處理外，其余部位均采用強(qiáng)夯法處理，但對(duì)強(qiáng)夯法的施工控制參數(shù)，需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)夯擊試驗(yàn)確定。

4 現(xiàn)場(chǎng)夯擊試驗(yàn)

為對(duì)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(shí)施現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行不同處理深度、不同含水率、不同夯擊能試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，檢測(cè)夯擊后土體濕陷性性能、核算施工單價(jià)，確定最佳的處理參數(shù)。

4.1 試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)選擇

為了能夠反饋有效、多樣具有可比性的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確保大面積施工的處理質(zhì)量，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況，選取3段渠基進(jìn)行夯擊試驗(yàn)，并在每段試夯劃分2個(gè)10.0m×10.0m的試驗(yàn)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(jìn)行試驗(yàn)，其余區(qū)段均在天然含水情況下進(jìn)行試驗(yàn)。夯點(diǎn)采用正方型布置夯點(diǎn)中心距5.0m，初擬試夯場(chǎng)區(qū)特性及試驗(yàn)設(shè)備型號(hào)見表2—3。

表2 試夯場(chǎng)區(qū)特性表

表3 試夯試驗(yàn)設(shè)備表

(續(xù)表)

4.2 夯擊檢驗(yàn)及完成標(biāo)準(zhǔn)

4.2.1試驗(yàn)檢驗(yàn)項(xiàng)目及指標(biāo)

試驗(yàn)檢驗(yàn)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)項(xiàng)目表

4.2.2試驗(yàn)檢驗(yàn)項(xiàng)目及指標(biāo)

(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(shí)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(chǎng)夯擊試驗(yàn)成果

表5為夯坑及場(chǎng)地下沉量匯總表，夯擊前后土體特征對(duì)比見表6。

表5 夯坑及場(chǎng)地下沉量匯總表

表6 夯擊前后土體特征對(duì)比表

4.2.4周邊環(huán)境影響范圍

目前國(guó)內(nèi)無針對(duì)的強(qiáng)夯的振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)，本工程根據(jù)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，對(duì)3#夯區(qū)2個(gè)試驗(yàn)單元周邊布設(shè)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行水平及垂直震速監(jiān)測(cè)，了解夯擊振動(dòng)對(duì)周邊建筑和其他地物的影響程度和影響距離，用于指導(dǎo)工程確定采用夯擊的施工區(qū)段。成果詳見表7。

表7 強(qiáng)夯試驗(yàn)振速成果表

根據(jù)GB 6722—2014振動(dòng)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(qiáng)夯施工距離控制在保護(hù)對(duì)象以外20m。

5 結(jié)語

針對(duì)缺水地區(qū)干燥、松散性濕陷性土層，對(duì)原狀土采用3000～5000KN·m夯擊能時(shí)，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(shí)成功消除了5.7m深土層的濕陷性。目前國(guó)內(nèi)最大夯擊可達(dá)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(shí)結(jié)合夯擊振動(dòng)監(jiān)測(cè)成果，強(qiáng)夯施工對(duì)場(chǎng)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(jìn)行天然干燥、松散性濕陷性土層的濕陷處理，簡(jiǎn)化了GB 50025—2018中強(qiáng)夯處理對(duì)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(jià)值。