付 強(qiáng)

1 工程概況

南岸干渠工程承擔(dān)著擬建灌區(qū)152.51萬畝的灌溉用水任務(wù)，其中自流灌區(qū)面積93.75萬畝，揚(yáng)水灌區(qū)面積58.76萬畝?？偢汕O(shè)計(jì)輸水流量74 m3/s，加大輸水流量85 m3/s。年引水量9.7億m3(不考慮總干渠損失，灌區(qū)灌溉需水量9.17億 m3)?？偢汕鹱阅习陡汕炙畼屑~，沿烏孫山北坡腳西行，以隧洞方式穿越低山丘陵區(qū)，全長163.96 km。

南岸總干渠沿線分布約20 km渠道所處地層巖性為風(fēng)積黃土，土層均一，厚度較大，上部具濕陷性。根據(jù)科研及初步設(shè)計(jì)階段黃土物理力學(xué)性試驗(yàn)成果，黃土主要物理力學(xué)指標(biāo)為:液限24%～31.5%，平均26.6%、塑限15.5%～17.9%，平均 16.77%、塑性指數(shù)9.1～13.6，平均9.8、粘粒含量10%～20%，平均 13.9%，天然含水量一般在2.9%～11.4%范圍內(nèi)，滲透系數(shù)平均值為 1.36×10-4。

2 濕陷性黃土特性

根據(jù)GB 50287-99水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范，工程區(qū)黃土屬非自重濕陷性場地，在200 kPa壓力下，黃土的濕陷量為504 mm，濕陷等級(jí)為Ⅱ(中等);在100 kPa壓力下(大于渠道實(shí)際附加壓力)，黃土的濕陷量為235.5 mm，濕陷等級(jí)為Ⅰ(輕微)。由室內(nèi)濕陷試驗(yàn)和現(xiàn)場原位載荷濕陷試驗(yàn)成果分析，黃土濕陷性系數(shù)是隨埋深的增大而減小的，而濕陷起始?jí)毫t隨埋深的增大而增加，作為渠道工程，其附加荷載較小，黃土濕陷性采用100 kPa壓力下的濕陷性系數(shù)判別，確定試驗(yàn)段濕陷層與非濕陷層界限深度為5 m。

3 濕陷性渠基處理方法選取

濕陷性黃土地基處理的目的是消除黃土的濕陷性，同時(shí)提高地基的承載能力。常用的方法有:浸水法、強(qiáng)夯法、灰土擠密樁法和翻夯法等。各種處理方法都有其適用范圍，局限性和優(yōu)缺點(diǎn)。如下:浸水法能夠處理濕陷層厚度大于10 m的自重濕陷性黃土，對(duì)于非自重性黃土，若不施加附加應(yīng)力，使飽和黃土所受到的附加應(yīng)力與上覆土體自重之和大于其濕陷起始?jí)毫?，則不能起到消除濕陷性的作用;強(qiáng)夯法消除濕陷性黃土層的有效深度為3 m～7 m，土的天然含水量宜低于塑限含水量1%～3%，天然含水量低于10%或大于塑限含水量3%時(shí)，宜對(duì)土進(jìn)行增濕或晾曬;灰土擠密樁法一般處理5 m～15 m的黃土層，當(dāng)土的含水量低于12%時(shí)，宜進(jìn)行增濕處理;強(qiáng)夯法是黃土高原地區(qū)常用的處理方法之一。

在本工程中，如采用預(yù)浸水法投入273萬元，灰土擠密法需投入7 430萬元;黃土翻夯法需投入2 215萬元。通過方案及經(jīng)濟(jì)投入比較，采用預(yù)浸水法施工可以模擬渠道運(yùn)行時(shí)的滲漏對(duì)渠基的影響消除隱患，保障渠道安全，因此本工程濕陷性黃土處理采用預(yù)浸水法。

4 預(yù)浸水試驗(yàn)

根據(jù)黃土渠道類型及濕陷特性，進(jìn)行了預(yù)浸水試驗(yàn)。并得出以下結(jié)論及建議:1)工程區(qū)黃土渠道為非自重濕陷性場地，濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)～Ⅱ級(jí)，試驗(yàn)段黃土的物理力學(xué)性質(zhì)及濕陷等級(jí)與前期勘探資料相吻合;2)預(yù)浸水后，黃土渠道均出現(xiàn)不同程度的濕陷變形，其中，挖方渠道濕陷變形量小于3 cm;半填渠道濕陷變形量小于20 cm，同時(shí)渠堤(坡)出現(xiàn)縱向沉降裂縫，表明采取預(yù)浸水法處理對(duì)本工程區(qū)濕陷性黃土渠道具有明顯的效果;3)挖方渠段預(yù)浸水后黃土含水量增加，由于無附加荷載的作用，干密度孔隙比、壓縮模量及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與預(yù)浸水前無實(shí)質(zhì)性變化;而濕陷性系數(shù)有明顯減小的趨勢，表明通過預(yù)浸水處理可減小工程區(qū)黃土濕陷性，且渠道經(jīng)過防滲和排水等工程措施，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，難以達(dá)到預(yù)浸水試驗(yàn)的工況，因此，預(yù)浸水法可作為本工程濕陷性黃土渠道處理的措施之一;4)預(yù)浸水后，渠堤產(chǎn)生的縱向沉降裂縫，為黃土在飽和的過程中，在剖面上呈近鉛直的楔形，且切割深度僅限于非飽和區(qū)，若達(dá)到飽和，裂縫自行愈合，對(duì)渠道運(yùn)行安全無大的影響，可考慮浸水后采取夯壓等處理措施;5)通過本次試驗(yàn)初步成果，挖方渠段的浸水周期為不小于45 d，半填渠段的浸水周期應(yīng)不少于60 d;相應(yīng)的預(yù)浸水耗水量為:挖方段約19.0萬m3/km;填方段(含砂礫石填筑渠段)約15.2萬m3/km;6)預(yù)浸水結(jié)束后，應(yīng)立即將渠內(nèi)余水抽干，在無大的降雨環(huán)境下，一般需晾曬30 d后，可進(jìn)行下一步工序;7)建議施工中，應(yīng)保持預(yù)浸水面在渠堤面以下60 cm左右，以使渠基黃土能在浸水周期內(nèi)達(dá)到飽和;在注水口應(yīng)設(shè)防沖設(shè)備，以防水對(duì)渠道的沖蝕;8)預(yù)浸水結(jié)束后的晾曬過程中，渠底及渠坡均出現(xiàn)深約70 cm，張開寬2 cm～4 cm的干縮縫，建議渠道開挖時(shí)應(yīng)留一定厚度的保護(hù)層。

5 預(yù)浸水水量計(jì)算

5.1 預(yù)浸水理論計(jì)算水量

預(yù)浸水耗水量可按照下式進(jìn)行計(jì)算:

其中，K為未襯砌渠道的土壤滲透系數(shù)，m/d;b為渠底寬度，b=4.292 m;h為渠道水深，h=6.02 m;γ1為渠坡側(cè)向毛管滲吸修正系數(shù)，由《渠道防滲工程技術(shù)》查得 γ1=1.2;hv為考慮土壤毛管滲吸影響后的渠道水深，m;m為邊坡系數(shù)，m=2;Hk為毛細(xì)管水最大上升高度，可根據(jù)土壤情況由《渠道防滲工程技術(shù)》查得 Hk=1.5 m;L為單位預(yù)浸水渠道長度，km;T為預(yù)浸水時(shí)間，s。

根據(jù)土料試驗(yàn)資料，渠道挖方平均土料滲透系數(shù)K=1.53×10-4cm/s，填方渠道平均土料滲透系數(shù) K=1.472×10-4cm/s。根據(jù)渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范可得:

挖方段浸水45 d耗水量為:

渠道滲漏量w1=254.2 m3/m;

保持預(yù)浸水水位的水量w2=98.323 m3/m;

蒸發(fā)量w3=30.27 m3/m;

挖方段浸水45 d耗水量為w1+w2+w3=382.8 m3/m。

填方段渠道浸水60 d耗水量為:

渠道滲漏量w1=326.08 m3;

保持預(yù)浸水水位的水量w2=98.323 m3;

蒸發(fā)量w3=40.36 m3/m;

挖方段浸水60 d耗水量為w1+w2+w3=464.8 m3/m。

5.2 預(yù)浸水試驗(yàn)水量

根據(jù)對(duì)南岸干渠濕陷性黃土挖方、填方、半挖半填段進(jìn)行預(yù)浸水試驗(yàn)，得出預(yù)浸水水量主要通過兩條途徑獲得:1)每天觀測注水管道上的固定水表計(jì)量，但注水過程中，施工單位同時(shí)用該注水管道進(jìn)行其他的用水作業(yè)，并且多次出現(xiàn)機(jī)械及水表故障造成注水停止，注水量觀測的不連續(xù)，誤差較大;2)在每次沉降觀測時(shí)，同時(shí)觀測試驗(yàn)坑內(nèi)水面高程來計(jì)算耗水量，但試驗(yàn)坑內(nèi)的水位由于受到抽水機(jī)械故障等原因，經(jīng)常造成浸水水位不能達(dá)到試驗(yàn)要求，個(gè)別試驗(yàn)段多次近于干涸，因此水量計(jì)算與實(shí)際耗水量有一定的誤差。填方渠道因渠堤采用砂礫石填筑，砂礫石填筑層滲透性較強(qiáng)，導(dǎo)致浸水水位難以達(dá)到試驗(yàn)要求，根據(jù)以上綜合所得，耗水量為挖方段150 m3/d，填方段為80 m3/d。挖方渠道每千米耗水約為19萬m3，填方渠道(砂礫石填筑)每千米耗水約為15.2萬m3。

5.3 實(shí)際耗水量

南岸干渠渠道各標(biāo)段根據(jù)設(shè)計(jì)研究院提出的渠道預(yù)浸水處理技術(shù)要求，投入相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備及人財(cái)物進(jìn)行了預(yù)浸水施工，各標(biāo)段實(shí)際耗水量為半挖半填段447.4 m3/m，全挖方段556.3 m3/m，全填方段455 m3/m。

6 結(jié)語

通過對(duì)濕陷性黃土渠道預(yù)浸水耗水量、理論耗水量、預(yù)浸水試驗(yàn)耗水量、實(shí)際耗水量進(jìn)行分析比較，因浸水試驗(yàn)段的成果受到注水機(jī)械故障、注水觀測的連續(xù)性等因素影響，造成預(yù)浸水試驗(yàn)耗水量誤差較大;理論計(jì)算受現(xiàn)場地質(zhì)因素、氣溫等多方面的制約，理論計(jì)算與實(shí)際耗水量相差較大，所以應(yīng)采取理論與實(shí)際相結(jié)合的方式，保證預(yù)浸水耗水量計(jì)算的正確性，達(dá)到節(jié)省工程投資目的。

[1] 錢鴻縉，羅宇生.濕陷性黃土地基[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1985.

[2] 劉祖典.黃土力學(xué)與工程[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1997.

[3] 謝定義.試論我國黃土力學(xué)研究中的若干新趨勢[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2001，23(1):3-13.

[4] 劉明振.濕陷性黃土間歇性浸水試驗(yàn)[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1985，7(1):47-54.

[5] 陳正漢，劉祖典.黃土的濕陷變形機(jī)理[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1986(2):1-12.