南水北调潮河段渠基不良地质特点及处理技术

南水北调潮河段渠基不良地质特点及处理技术

李银业

南水北调中线河南分局河南省郑州市451100

摘要：南水北调中线一期工程总干渠沙河南至黄河南段潮河段，设计桩号、SH(3)133+380-SH(3)179+227，起点位于河南省新郑市梨园村，与双泊河渡槽设计单元工程末端相连接，潮河段工程全长45.85km,沿线地质情况复杂多样。本又针对施工过程中遇到的湿陷性黄土等不良地质条件，采取相应的处理措施，效果显著，为南水北调工程的建设与运行奠定了基础。

关键词：南水北调；潮河段渠基；不良地质；处理技术

一、工程概况

南水北调中线一期工程总干渠沙河南至黄河南段潮河段，桩号SH(3)133+380一SH(3)179+227，起点位于河南省新郑市梨园村，与双泊河渡槽设计单元工程末端相连，潮河段工程全长45.85km，全段渠道地质条件复杂，多处渠道底板位于黄土状轻壤土中，具有轻微一中等湿陷性;多处渠道边坡为粉砂、极细砂(Q4)可液化土层，属轻微一中液化等级。施工过程中因强夯对临渠村庄建筑物产生不利影响，噪音扰民严重，造成村民阻工，部分渠段强夯地基处理变更为换填。该设计单元主要对饱和地震液化砂土、湿陷性黄土等不良地质进行有效处理。

二、饱和砂土防震液化处理技术

潮河段渠道土质主要为粉砂、极细砂(Q4)可液化土层。

1、饱和砂土的特性

饱和砂土地震液化将使地基软化，地面产生不均匀沉陷，影响渠道渠坡的整体稳定性和安全性，情况严重者将导致渠道渠坡失稳后滑坡、损坏、破坏，在外荷载作用下，饱和砂土地基可能从原来的固态转化为液态即液化，从而造成堤坝破坏或地基失稳，造成灾害。

2、饱和砂土防震液化处理技术

饱和砂土地震液化地质的处理，关键是要使其丧失产生液化的条件，强夯可以使其结构发生改变，防止在震动条件失去承载能力。

经试验，确定强夯初定参数，强夯参数:单击夯击能2000kN?m；锤重23t(底面直径cp2450mm)；夯击10击3遍，累计夯30击；前2遍夯锤落距为9m，第3遍落距为6m；夯点布置:第1遍按正三角形布置，中距为6.SOm，第2遍在第1遍夯点之间布置，第3遍满堂布置，夯点用实心圆表示。夯实处理后，进行整平处理，夯点布置如图1所示；强夯结束标准，每遍最后2击的平均夯沉量不大于Scm，夯坑周围地面不发生过大的隆起，不因夯坑过深发生起锤困难；设计处理深度6m；每遍间隔时间根据试验结果定为2周。

图1夯点布置(单位:mm)

2.1场地平整

夯实前，根据强夯试验成果的夯沉量，进行平整场地。以大面为准，高地采用装载机装运至高程不足部位，然后采用推土机推平。局部高程仍然不足部位采用开挖的渠道可用土进行预填，预填高度为大面略平200mm，并整平。

2.2夯前准备

对强夯施工区范围，进行地面夯前高程测量。按夯点布置图测设出强夯处理范围，并按夯点坐标进行放样。靠近村庄一侧，在强夯外边缘线4m开挖深度不小于3m、底宽lm、两侧坡比不陡于1:0.70的减震沟。

2.3强夯施工

夯机就位，施夯前检查夯点偏位(偏差应小于Scm)，测锤顶高程，检查夯击能否达到施工标准。在施夯过程中，逐击测锤顶高程，检查夯击能和夯锤倾斜度(倾斜度不大于300)；若夯锤倾斜度超标，在第一遍夯击完成后用推土机将夯坑进行填平处理。

根据强夯试验成果确定的施工参数，达到停夯击数时同时应满足一个夯点夯击次数的最后两击平均夯沉量不大于Scm，即可认定该夯点夯击达到结束标准。换夯点重复以上步骤，以完成第二遍及第三遍全部夯点的夯击任务。夯坑整平，测量夯后高程，确定每遍夯沉量和最终夯后场地高程。在强夯试验施工施夯过程中，按规定表格做好施夯过程中施工技术参数情况统计。

2.4试验检测

在强夯施工结束后7天，在施工区现场取样做消除湿陷性室内试验，在夯实范围内每100一500时面积内在各夯点之间任选1}2处，自夯击终止时的夯面起至其下6m深度内每隔lm取一次土样，做室内试验;测定土的干密度和湿陷系数、天然干密度、检验处理深度。检测结果满足处理范围内土层的湿陷系数小于0.015和设计处理深度的要求。

2.5施工应注意的事项

夯前的含水量应接近最优含水量，含水过大或过小应采取晾晒和洒水的方式修正，以保证强夯处理的效果。夯击时，应根据地下水位、基础含水量、夯击起锤情况，确定是否采用抽水或铺设排水垫层。

三、湿陷性黄土处理技术

潮河段渠道部分土质为具有轻微一中等湿陷性黄土。

1、湿陷性黄土的特性

湿陷性黄土主要是浸水后土的结构破坏、地基承载力降低，易产生较大的湿陷沉降变形和渠坡失稳现象，严重影响建筑物和上部堤防的安全，是一种常见的软土地基，土挤密桩是针对湿陷性黄土地质的处理措施。

2、湿陷性黄土处理技术

土挤密桩直径cp400mm，桩中心距1.30m，等边三角形布置，桩长4.SOm。采用振动沉管法成孔。土挤密桩法桩体填充材料采用壤土、一般薪性土或1,,>4的粉土，土料中有机质含量不得超过5%，也不得含有冻土和膨胀土，土料的粒径不宜大于巧mm;当含有碎石时，其粒径不得大于SOmm。桩内回填土的密实系数不小于0.97，桩间土的最小挤密系数不低于0.88。施工时由外向内施工，均匀分布，逐步加密，及时夯填。

2.1施工顺序

施工时，间隔(跳打)进行，先外后里，隔排隔行，间隔2孔跳打，即从整片挤密地基的外边线向里成孔，间隔2孔或数孔施工；在既有建(构)筑物邻近施工时，应背离建(构)筑物方向进行。土挤密桩施工顺序以图2中的编号为准，并以此为一个施工单元。施工孔距布置图如图2所示。

2.2施工方法

a.桩机就位:根据测量点使沉管尖对准桩位，调平成孔桩机机架，使桩管保持垂直，用垂球吊线检查桩管垂直度，确保垂直度偏差不大于1.50%，每次挪动桩机后，必须校整垂直度，确保在偏差范围内。

b.造孔:采用等于设计桩孔直径的钢管，桩管顶设桩帽，下端做成30。角度锥形桩尖，桩尖配带了排气的实体桩尖打人土中拔管成孔(图3、图4)，施工前在钢管上标出控制深度标记，以便施工中进行沉管深度观测。沉管结束后，桩内形成真空，在向上拔的过程中，真空压力迫使实体桩尖自动打开，从沉管中排气体，压力平衡后，容易拔出沉管。成孔后对中心位移、垂直度、孔径、孔深检查，合格后进行下道工序施工或对于回填后留空的孔采用橡胶盖板盖住孔口防止杂物落入。

图3造孔示意图

土挤密桩的桩位按设计要求测定，挤密施工的孔位偏差应符合桩孔中心点的要求，偏差不应超过桩距设计值的5%，且不大于5Omm。沉管法，其桩孔直径误差为5Omm，深度误差为一100mm。成孔施工时，地基土宜接近最优含水量，当含水量低于12%时，宜增湿至最优含水量，应于地基处理前4一6天，将需增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔，均匀浸人拟处理范围的土层中。成孔后立即回填，以防止邻孔之间互相挤压或振动坍塌。

图4造孔实景

c.填料和夯实:回填夯实的施工顺序按照成孔顺序，应先外排后里排，以免因振动挤压造成相邻孔缩孔或拥孔，可采取分段施工。向孔内填料前，孔底必须夯实，夯击次数一般不少于8次。并应抽样检查桩孔的直径、深度和垂直度;孔底经检验合格后，应按设计要求，向孔内分层填人筛好的素土，根据试验结果每次回填厚度为30cm，夯击6次，并分层夯实至设计标高，其压实度不小于0.97，桩间土的最小挤密系数不低于0.88。

2.3质量检验

回填完成后，检测桩与桩之间土的挤密系数，采用钻芯取样的方法，测定桩间土的挤密系数。现场检测结果，均达到设计要求。

结束语

在潮河段渠基处理中，依据渠道设计功能要求，通过技术经济比较，选择土挤密桩、强夯、换填等不同的处理方法，经过处理后质量检测表明，其消除了地基的湿陷性、震动液化性。针对临近村庄的渠段采用换填处理措施，消除了强夯施工对村民的噪音干扰和对房屋的破坏影响。通过南水北调工程通水2年运行的检验，证明这些措施对南水北调工程不良地质的处理是有效的，且安全可靠。

参考文献

[1]PCCP在国内大型调水工程中的应用与发展[J].辛福选，朱宗河，张华.中国建材科技.2016（05）

[2]PCCP管道工程施工质量控制[J].周强.山西水利科技.2017（03）

[3]提高PCCP工程安全可靠性的主要措施[J].毛文明，文勇，杨婷.水利电力科技.2011（03）