艾兰布隆干渠水利工程软地基基础处理

2022-05-14陈诚

河南水利与南水北调 2022年4期

陈诚

新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830000

1 艾兰布隆干渠水利工程概述

和田河大型灌区和田县2018年骨干工程节水改造二期工程艾兰布隆干渠（0+000～15+164）位于新疆西南部和田县色格孜库勒乡境内，区域海拔高程1 300～4 500 m。

工程现状渠道总长度为14.90 km（0.000～14+905段），控制灌溉面积1 926.67 hm2，改造长度15.16 km，设计流量标准为3.20～1.90 m3/s，加大流量标准为4.00～2.50 m3/s。工程规模为中级，工程级别为5级（含主要、次要建筑物）。依据GB50288-99中关于续灌方式设计的方法进行设计力量计算。计算公式为：

式中：A、q分别为渠道控制灌溉面积、设计水平年灌水率［（5.49 m3/（s·万hm2）］，η为灌溉水利用系数（0.56）。代入数据后可以得出设计力量为1.90 m3/s。加大30%计算后的加大流量为2.50 m3/s。

工程断面形式为梯形，其中0+000～6+844段，设计内坡坡比为1∶1.5，整治段为0+000～0+302；0+302～14+905段，则在30 cm厚砂砾石防冻垫层设置的基础上，选择C20F150W6现浇混凝土板衬砌，衬砌板厚度为8 cm。进而在边坡顶部设置现浇混凝土封顶板，厚度为8 cm，宽度为30 cm。同时改建8座分水闸、1座渡槽、8座农桥。

2 艾兰布隆干渠水利工程软地基的基础处理方案

2.1 基础性质分析

工程所在区域内包括洪积扇、坡积裙、山前平原、山间凹地等几个地貌，地层包括耕土层、淤泥质砂层、粉砂层三层。具体岩性如表1。

表1 工程地层岩性表

2.2 基础处理方案

因工程5+466～15+164段为梯形断面，全断面结构为8 cm厚现浇混凝土板打排孔+砂砾石垫层结构形式，而区域内含淤泥质砂层，无法作为渠道基础土层。因此，需要将70 cm的砂砾石换填全线淤泥质砂层，换填厚度为2 m，在满足防冻层厚度要求的同时，降低工程投资。

此外，为避免渠道周边地下水位过高引发冻胀破坏、浮力顶托破坏作用，可以选择梅花状布孔方法，在现浇混凝土渠底部、渠道边坡进行排水孔（50 mmPVC管道）布置。相邻排水孔之间的距离为100 cm，并由渠道外侧朝向渠道中心以1/20纵坡埋入，配合0.50～2.00 cm下滤料以及内填充滤料，可以获得良好的排水效果。

3 艾兰布隆干渠水利工程软地基的基础处理流程

3.1 放线

在基础处理前，技术人员可以利用全站仪，结合干渠设计横断面图纸，放出路中、边线、坡脚线。并依据横断面图纸，利用全站仪、水准仪，测量换填区域原地面标高，确定所需换填区域、换填深度。确定后，均匀撒施灰线，规避超挖、欠挖或漏挖问题。同时每换填一层，技术人员均需测量放线，避免换填盲目问题出现。

3.2 清废

在软地基基础处理前，负责基础处理的人员应结合触探试验结果，结合清挖平面地图，利用50 kW推土机、2 m3挖掘机、15 t自卸汽车配合的方式，将建设基础面上的杂植土、草皮、树根完全清除。基础面上清除厚度约30 cm，横向基础面清除宽度应超过干渠堤两侧外坡脚50 cm。一般局部废弃渣土可以临时堆放在取料区，其他弃渣则可以运输到土料场。

3.3 开挖

在清挖平面地图的帮助下，技术人员可以利用2 m3挖掘机、15 t自卸汽车配合的方式，开挖软地基。落实干净彻底、无死角的原则，必要时利用2台挖掘机转运装车，进而利用自卸车将挖出的淤泥质砂土运输到弃土场堆放，规避周边环境污染问题。在整个开挖过程中，技术人员应严格把控干渠底部、边坡开挖断面小于设计断面，避免超挖、补坡问题出现。

3.4 换填

对于淤泥质砂层清除后无水浸泡风险的渠段，技术人员可以在挖除淤泥质砂层后，进行砂砾石的回填。干渠段软土换填选择流水作业方式，在推土机的帮助下，沿着垂直于渠道横断面的方向，利用进占法，进行运料、上料、平料。

对于淤泥质砂层清除后存在水浸泡风险的渠段，技术人员不仅需要选择水稳定性、透水性更加突出的片石，而且需要进行专门排水方案设计。即以桩号5+466～7+975、11+900～15+164段地下水位超出基础开挖线的干渠段为对象，填充散抛石，开展抽水强排。强排量需要根据渠段用水量进行计算。以13+000～13+500段为例，涌水量计算公式如下：

式中：Q为基坑涌水量（m3/d）；k、S分别为土渗透系数（m/d）、抽水时坑内水位下降值（m）；H、R分别为抽水前坑底以上水位高度（m）、降水影响半径（m），ro、mo分别为假想半径（m）、从坑底到下卧不透水层距离。代入已知数据后，可以得到涌水量，确定排水用设备。根据案述工程情况，可以选择1台1.10 kW潜水泵外接DNPVC管。

排水处理完毕后，技术人员可以根据前述方法进行砂砾石回填。进占法实施时，需要由自卸车从填料场运输填到基坑所开坡道位置，卸料并通过铲车向基坑中心方向推料摊平，完成构筑物基坑内砂砾石填料换填，保证大块石推至铺料前沿下部，而细部粒料回填到堆石上部空隙，提高表面平整度。

3.5 碾压

在首层土方开挖回填砂砾石前，技术人员应密实碾压基础底部。首层砂砾石回填后，技术人员可以依据每层0.20～0.50 m的标准，沿着干渠线路分层碾压，具体碾压次数、砂砾石铺筑厚度需要经现场试验确定。一般碾压用机械为振动压路机，需要依据先两侧后中间的顺序，沿纵向相互平行，且横向接头压轮重叠0.45 m±0.05 m，多次碾压。首次静止碾压，随后逐步由慢速度调整至快速度、由弱振幅调整至强振幅，最高行驶速度应在4 km/h以内，保证无遗漏碾压、无碾压死角。碾压密实标准为砂砾石之间密实状态达到标准要求，一般需要振动压路机连续碾压5～6遍。

在每层砂砾石摊铺前，技术人员应在上次碾压完毕的砂砾石层洒水，达到砂砾石最佳含水量，并以插旗的方式标注渠段换填碾压情况，避免遗漏或重复碾压换填层。在换填层碾压后，对于与干渠轴线方向呈90°的接缝，技术人员应依据1∶5的坡度，以斜坡处理方式控制结合面的平顺性。

此外，技术人员应依据粒径在0.08 mm以下、重量比小于总重量10%的标准，进行防冻垫层处理。一般需要在自卸汽车的支持下，将砂石料运输到干渠段，进而人工铺筑砂石垫层后密实碾压。