□李聚興

填方渠道沉降期問題初探

□李聚興

土堤填筑完成后預(yù)留沉降期的長(zhǎng)短，一直是一個(gè)見仁見智的問題，究其原因是影響因素眾多、工程條件及人為因素千差萬別。本文結(jié)合南水北調(diào)中線邯邢段工程設(shè)計(jì)實(shí)例，從沉降機(jī)理方面入手，提出了解決沉降問題的工程技術(shù)措施。

填方渠道；沉降期；探討

結(jié)合南水北調(diào)中線總干渠工程設(shè)計(jì)，筆者對(duì)填方渠道預(yù)留沉降期問題進(jìn)行了初步分析和探討。渠道填筑完成后，后續(xù)施工的混凝土襯砌板對(duì)渠堤的沉降較為敏感，沉降變形過大會(huì)引起襯砌板開裂，嚴(yán)重時(shí)襯砌板底面會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)、脫空等現(xiàn)象，影響到工程安全。因此，有必要找出沉降變形的主要影響因素，采取針對(duì)性工程技術(shù)措施，制定出合理的施工沉降期。

1.渠堤沉降變形機(jī)理分析

填方渠道沉降包括渠堤土體沉降和基礎(chǔ)土體沉降兩部分。

對(duì)于渠堤本身而言，填筑過程中施加了壓實(shí)功，并按最優(yōu)含水量進(jìn)行了控制。正常狀態(tài)下，可以認(rèn)為堤身填筑完成后其固結(jié)過程已基本完成。

對(duì)于基礎(chǔ)土體則完全不同，基礎(chǔ)土體自然隨機(jī)分布，需要一定的時(shí)間才能完成土粒間結(jié)構(gòu)調(diào)整以及排水排氣等固結(jié)過程。這一固結(jié)過程的長(zhǎng)短，與基土壓縮層厚度、土體結(jié)構(gòu)、飽和程度、排水條件等因素有關(guān)，是一個(gè)十分復(fù)雜的固結(jié)過程。

2.沉降變形的主要影響因素

2.1 土體含水量

在堤身填筑過程中，受土料場(chǎng)條件變化，上壩土料的含水量總會(huì)與最優(yōu)含水量存在偏差，有時(shí)偏差甚至很大。對(duì)于含水量偏干的土，包圍土粒的薄膜水厚度較小，土粒間摩擦力大，難以碾壓緊密。筑堤完成后，在降水或渠堤內(nèi)水浸潤作用下，土粒間薄膜水厚度增大、摩擦力降低，會(huì)出現(xiàn)二次固結(jié)變形。

渠堤下面天然基礎(chǔ)土體的含水量變化更為劇烈。筑堤完成后，對(duì)于含水量偏干的基土，受降水、渠道滲水等影響下，基土?xí)霈F(xiàn)二次固結(jié)變形。對(duì)于含水量較高的基土，當(dāng)遇地下水位降低而孔隙水壓力消散時(shí)，基土也會(huì)發(fā)生二次固結(jié)變形。

由此可見，筑堤土和地基土含水量變化所引起二次固結(jié)變形具有隨機(jī)性，難以預(yù)測(cè)其發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)。

2.2 施工中人為因素

就目前土方施工情況來看，農(nóng)民工為主要施工力量，同時(shí)取土、運(yùn)輸、碾壓等機(jī)械施工環(huán)節(jié)，操作人員也多缺乏土體基礎(chǔ)知識(shí)，再加上施工管理人員“浮躁”，當(dāng)進(jìn)度與質(zhì)量產(chǎn)生矛盾時(shí)，進(jìn)度往往占據(jù)上風(fēng)。這些人為因素的影響不易預(yù)判和掌握，具有較深的隱蔽性。

3.消除影響的主要技術(shù)措施

3.1 預(yù)留沉降期

土的固結(jié)程度與固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)短成正比，前期固結(jié)比較快，一般認(rèn)為工程施工期間即可完成總沉降量的80%～90%。中科院武漢巖土所專門就南水北調(diào)中線總干渠河南段填方渠道沉降進(jìn)行了研究，根據(jù)典型斷面實(shí)測(cè)資料，按照固結(jié)理論計(jì)算，填筑完成后需要180～1110天方能完成總沉降量的90%。三峽大學(xué)也對(duì)河南段高填方渠道6個(gè)典型斷面進(jìn)行了沉降分析研究，認(rèn)為填筑期間沉降量完成86%以上，3個(gè)月后可完成總沉降量的94%以上。

上述實(shí)例可看出，由于工程條件、地質(zhì)條件、施工因素不同，導(dǎo)致沉降計(jì)算成果差異巨大。這也說明沉降問題的復(fù)雜性，不能完全依賴計(jì)算，要在此基礎(chǔ)上根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)綜合分析確定沉降期。

根據(jù)總干渠邯邢段具體情況，綜合分析確定的沉降期為：填高＜3m的渠堤，不小于3個(gè)月；填高3～6m的渠堤，不小于6個(gè)月；填高＞6m的渠堤，不小于6個(gè)月，且需經(jīng)過1個(gè)雨季。

3.2 控制填筑速度

機(jī)械化施工大大加快了填筑速度，但過快的填筑速度不利于土體固結(jié)。在滿足施工總進(jìn)度的前提下，合理安排填筑速度，盡量延長(zhǎng)填筑時(shí)間，給每層土盡量多的固結(jié)時(shí)間。這樣既可減少不均勻沉降，也可降低施工強(qiáng)度，節(jié)省施工費(fèi)用。

3.3 控制土料含水量

調(diào)控土料含水量可減少沉降量、縮短沉降時(shí)間，對(duì)于粘粒含量較高的土料，由于孔隙水排出條件較差，可選取最優(yōu)含水量的偏干側(cè)含水量；對(duì)于粘粒含量較低的土料，應(yīng)選取偏濕側(cè)含水量。

4.消除影響的主要工程措施

4.1 減小襯砌板分塊尺寸

對(duì)于沉降量較大的渠段，可適當(dāng)減小襯砌板的分塊尺寸，消減沉降變形而引起的襯砌板內(nèi)應(yīng)力，防止襯砌板產(chǎn)生裂縫。

4.2 改變分縫形式

渠道沉降完成后，堤頂沉降量遠(yuǎn)大于堤腳沉降量，致使堤身坡面長(zhǎng)度縮短，造成襯砌板與堤身之間相互錯(cuò)動(dòng)或脫離，在雨水下滲等因素作用下，會(huì)加劇工程破壞。因此，應(yīng)將渠坡襯砌板的水平縫盡量設(shè)置為通縫，并具有合適的縫寬，利用通縫寬度消納剛性襯砌板的伸縮，保證襯砌板適應(yīng)堤身壓縮變形。

4.3 加大填筑壓實(shí)度

加大填土壓實(shí)度可消減筑堤土料粘粒含量含水量等自然缺陷帶來的不利影響，但這種工程措施代價(jià)較大，不宜大面積采用。

5.結(jié)語

填方渠道沉降是一個(gè)復(fù)雜問題，影響因素眾多且具有多變性，僅靠理論計(jì)算分析難以符合工程實(shí)際，應(yīng)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)綜合分析確定沉降期。

渠堤沉降是一個(gè)必然現(xiàn)象，不可避免，應(yīng)順其自然，利用代價(jià)小而效益大的技術(shù)措施來解決問題。如盡早安排高填方渠段施工，合理控制填筑速度，留出足夠的沉降期。

當(dāng)技術(shù)措施不滿足要求時(shí)，可輔以必要的工程措施，如縮小襯砌板分塊尺寸、改變分縫形式、提高壓實(shí)度、利用水泥改性土等。但采用工程措施通常是會(huì)加大工程投資，需慎重對(duì)待?！?/p>

2016-05-06

李聚興，男，漢族，河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，副總工程師、正高級(jí)工程師。