新疆某引水干渠工程特殊基础处理设计

【摘要】新疆某引水干渠工程的前期勘测设计工作历时10年，有针对性的进行了大量的科学试验和研究工作，其中输水沿线特殊地质条件下的基础处理设计具有代表性，可为国内相似工程的研究提供借鉴。

【关键词】引水干渠；淤泥质；泥岩，地基处理；设计

1、引言

新疆某引水干渠工程地处北疆严寒地区，由于受引水工程起、末点高程限制，渠线沿山前冲洪积扇中、上缘布置，除洪水问题突出外，地形起伏较大，地质条件复杂，存在多种不良地质渠段。作为本工程的设计负责人之一，亲自组织和参与了本工程长达10年的前期设计方案的研究论证，和近5年的工程建设实践，设计难点和专题研究内容较多。本工程的建设实践，饱含了广大设计人员的付出，也凝结了新疆和国内一大批知名专家和教授、学者的智慧，目前已完工通水。本文通过总结本工程已解决的特殊地基基础的研究成果，也可为国内相似工程的研究提供借鉴。

2、工程概况

新疆某引水干渠工程为Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级，设计洪水标准为P=3.33%，校核洪水标准为P=1%，工程区地震基本烈度为Ⅵ度。

干渠采用梯形明渠输水，总长112.393km，设计纵坡i=1/10000，渠道底宽6m，内边坡m=2.5，外边坡1：1.5，渠顶马道宽度5m，渠道的设计流量为55m3/s，设计水深为3.47m，流速为1.08m/s。渠道断面采用10cm厚现浇板衬砌，采用专用的渠道衬砌机衬砌。采用两布一膜（150g/0.6mm/150g）进行防渗，膜下铺设3cm厚的 M10砂浆垫层或8cm厚的水泥稳定砂砾垫层。

沿线共设置交叉建筑物155座，包括4座输水渡槽、8座节制退水分水闸、2座输水箱涵、1座输水隧洞、25座排洪涵洞、9座排洪渡槽、2座渡洪桥、17座纳洪口，24座农渠涵、12座农渠渡槽、7座农渠倒虹吸、2座国道桥、4座公路桥、3座公路涵、22座农桥、3座人行便桥、3座集水井、1座入河口，同时改造自来水管道2处。

干渠在桩号64+180～66+940、77+950～78+150、78+250～78+500、80+700～81+000段为淤泥质基础，在桩号81+600～109+400段穿越640台地及640台地南缘冲洪积扇中上部，基础岩性主要为第三系的泥岩、砂岩互层，在73+500～76+500段通过富蕴—锡伯渡活动断裂带的影响带。

3、渠基特殊地层处理研究

3.1 淤泥质基础

渠道通过桩号64+180～66+940段，地下水位出露，形成沼泽区，芦苇和红柳生长茂密。本段除采用排水、换填表层粉土质砂和根植土层外，在本段建基面设置一层土工格室+回填砂砾石的措施对地基进行加固。土工格室采用GS—100—400型，高度100mm，焊接间距400mm，片材厚度1.0mm，铺设宽度超出两侧渠基填筑宽度各50cm，本段共铺设土工格室12.6万m2。考虑到冬季冻融对渠道坡脚的破坏，在渠道坡脚设置戗台保护，戗台高出水面高程1.5m，宽度2m，外边坡1：1.5。为驗证处理措施的合理性，选取在本段的伴渠道路处率先使用该型号的土工格室+回填砂砾石的措施进行地基加固试验，通过近2年的运行实践，实测基础沉降量仅0.5cm，结果表明加固效果良好，可推广到该类条件下的渠道基础加固中使用。

渠线通过桩号80+700～81+000段采用排水、换填方案，挖除上部淤泥层，采用TC10料场的砂砾石填筑，局部地段基础面铺设>8cm的砂石场弃料20cm，为方便施工，设置临时施工便道辅助。对77+950～78+150段、78+250～78+500段由于地势较低，排水困难，清除表层1m的淤泥层后，在该两段采用铺设一层土工格室+回填砂砾石进行加固，共铺设土工格室8万m2。

3.2 中强膨胀性的泥岩基础

渠道后段穿越640台地及640台地中下缘，基础为泥岩、砂岩互层，渠道以挖方断面为主。泥岩具中强膨胀性，强风化层波速550～660m/s左右，弱风化层波速1800～2500m/s左右，干密度 1.8～1.90g/cm3，干抗压强度为3.31～5.63MPa，饱和抗压强度为0.041～0.056 MPa，膨胀力为69～129KPa，无荷载膨胀率为17～103%，崩解量100%，抗剪强度：干燥状态下，C=500～800KPa，φ=32～36°；饱和状态下，C=32～41KPa，φ=23～30°。

受640台地上部滞水层的补给，以及640台地开发灌溉回归水的出露，在渠道开挖面的泥岩顶面出现渗水及地下水出流现象，造成泥岩开挖面的失稳塌滑破坏。因此该段渠道以外水源对渠道边坡稳定的影响为主，渠道运行后的内水外渗对渠道边坡的影响为辅，需要采取有效措施，保证泥岩基础的稳定。

根据分析计算结果，结合已建工程的经验，本工程采用“截、缓、换、排、防”相结合处理泥岩的措施。所谓“截”，就是采用截水沟等措施将地下渗水等外水拦截在渠道基础边坡以外一定的安全距离；“缓”就是采用放缓泥岩开挖边坡至1：3，保证泥岩边坡达到饱和状态时满足自身的稳定性；“换”就是在泥岩开挖面采用换填一定厚度的砂砾料，既起到一定的压重作用，同时具备排水条件，其中弱膨胀性泥岩换填1m，中膨胀性泥岩换填1.5m，强膨胀性泥岩换填2m；“排”就是在渠道开挖面的泥岩顶部及渠底，设置纵、横向的排水体，将进入渠道范围的渗水及时通过所设置的纵向排水体进行汇集后，再通过横向排水体排出渠道外，排水体由排水沟、无纺布、2～4cm中石、DN150～200mm软氏透水管组成，渗水量大处设置2根透水管，渗水量小处设置1根透水管，纵排的纵坡取1/1000，横排纵坡取1/100；“防”就是采用二布一膜（膜厚0.6mm，）进行防渗，截断渠道内水外渗通道，避免渠道渗漏的水与膨胀性岩的接触。

以上措施中排水是关键，依据渠道挖填情况和出水面位置，共分以下6种不同断面型式进行处理：

①全填方断面和半挖半填断面：在渠道左坡脚2m外设置纵向排水沟，沟底高程为深入泥岩面1m以下，将水截排到沿线所设的排洪涵进口及渠底横向排水中。

②全挖方断面中出水面在渠顶马道2m以上且距原地面小于2m：将左渠顶以上泥岩边坡放缓到1：3，砂砾石边坡放缓到1：2，在泥岩顶面距渠道边坡2m外设置纵向排水沟，沟底高程为深入泥岩面1m以下，将水截排到沿线所设的排洪涵进口及渠底横向排水中。在渠坡开口线以外不设截水沟。

③全挖方断面中出水面在渠顶马道2m以上且距原地面也大于2m：将左渠顶以上泥岩边坡放缓到1：3，砂砾石边坡放缓到1：2，在泥岩顶面距渠道边坡2m外设置纵向排水沟，沟底高程为深入泥岩面1m以下，将水截排到沿线所设的排洪涵进口及渠底横向排水中。另外在渠坡开口线以外2m设置截水沟，保护开挖面不受雨水冲刷。

④全挖方断面中出水面在渠顶马道以下且马道原地面小于2m：将左渠顶以上泥岩边坡放缓到1：3，砂砾石边坡放缓到1：2，在泥岩顶面距渠道边坡2m外设置纵向排水沟，沟底高程为深入泥岩面1m以下，将水截排到沿线所设的排洪涵进口及渠底横向排水中。在渠坡开口线以外不设截水沟。

⑤全挖方断面中出水面在渠顶马道以下且马道原地面也大于2m：将渠顶以上砂砾石边坡放缓到1：2，在泥岩顶面距渠道边坡2m外设置纵向排水沟，沟底高程为深入泥岩面1m以下，将水截排到沿线所设的排洪涵进口及渠底横向排水中。另外在渠坡开口线以外2m设置截水沟，保护开挖面不受雨水冲刷。

⑥对已经塌滑的渠段，将塌滑体和已经软化的泥岩体完全清除，在渗流面做好排水体后再采用砂砾料分层碾压至设计断面。

3.3 活动断层带基础

渠道在73+500～76+500段通过富蕴—锡伯渡活动断裂带的影响带，渠道基础岩性为黑云母片麻岩、片岩和变质砂岩，渠道与断裂带走向基本平行。由于断裂带的活动，在桩号75+591.877～75+810段存在一条与渠道斜交近30°的不等宽的泥岩小断层，其中与渠道北侧相交处宽度10m，与渠道轴线相交处宽度100m，在渠道南侧相交处宽度160m。根据试验结果，该段泥岩具有中等膨胀性，同时推测该条小断层未来具有小于50cm的活动变形量。

经设计计算并参考类似工程经验，在该段渠道范围内，首先在泥岩开挖面铺设60cm厚的毛面片石层，除加大压重外，充分利用片石与泥岩的摩擦系数较大的特性；其次在片石上部铺设52cm厚砂砾石换填层，层内设纵向排水体，与75+500处所设的横向排水体相连；然后设置8cm后的水泥胶结砂砾料垫层、两布一膜防渗层，防渗层铺设范围为75+546～75+860；渠道表面设置30cm厚的预制砼块，砼块尺寸30cm×60cm，结构缝宽2cm，下部28cm采用聚乙烯隔缝板，表层2cm采用双组份聚硫密封胶。该泥岩断层与片岩基础相交处设置2cm宽的变形缝，缝结构同预制砼块结构层结构缝。

4、结束语

本工程通过大量的科学试验和研究工作，取得了一系列的关键技术研究成果，既为本工程的合理设计和顺利实施打下了基础，也为干旱、严寒地区的渠道设计和建设提供了一定的经验，尤其是输水沿线特殊地质条件下的基础处理方案设计，具有代表性，可为国内相似工程的研究提供借鑒。

参考文献：

[1]地基处理手册编写委员会，地基处理手册（第二版）[M].北京；中国建筑工业出版社，2000.8。

[2]SL232-2006，渠系工程抗冻张设计规范[S]。

作者简介：周应祥（1969—），男，甘肃人，高级工程师，主要从事大中型水利水电工程设计工作。