膨脹土地區(qū)渠道高地下水的處理措施

崔成男

(遼寧省路橋建設集團有限公司第三分公司)

1 工程概況

南水北調(diào)中線一期工程漳河北～古運河南邯邢段磁縣干渠工程渠道里程K35+685 ～K40+056 段(共計4.331 km)為壟崗地貌，地勢平坦開闊，地面高程87.13 ～97.98 m，渠底高程83.78 ～83.61 m，渠道設計邊坡1∶3.5 ～1∶3.25，底寬17.5 ～18.5 m?？辈炱陂g地下水位80.0 ～89.6 m。上部為N1粘土，下部以N1粘土巖為主，N1粘土多呈強膨脹性，粘土巖多呈中等膨脹性，渠道最大挖深16.89 m，渠坡主要由強膨脹土組成，穩(wěn)定性差。大部分渠段地下水位在渠底以上，最大高差9.5 m。

2 地下水特征

(1)賦存于淺層土體的根孔型孔隙和部分裂隙中的地下水，屬于孔洞—裂隙型上層滯水。

通常位于地表以下4 m 深度范圍內(nèi)，施工時可根據(jù)開挖面滲水情況判斷，開挖過程中一般表現(xiàn)為開挖開始時有明顯的地下水位浸潤線，地下水呈團塊狀滲出，并逐漸疏干，地下水位浸潤線消失，疏干范圍小于10 m。渠道開挖施工中，坡面滲水現(xiàn)象通常數(shù)天后消失，一般對施工影響較小。

(2)局部土體因巖性差異，孔隙、裂隙發(fā)育，地下水稍豐，形成透鏡狀地下水。

(3)當渠底板膨脹土厚度較小，下部分布承壓含水層時，在承壓水頭作用下，沿膨脹土孔洞或裂隙上升越流補給進入基坑。

渠底下部分布承壓含水層時，具承壓性質(zhì)的地下水可能沿土體孔洞、裂隙滲出，甚至產(chǎn)生突涌，影響施工。若不采取降水處理，不但底板和坡腳土體迅速被軟化，底板處理層碾壓也無法進行。渠道運行期間，土體內(nèi)水壓力增高，還會引起渠道襯砌破壞。

3 膨脹土地區(qū)高地下水的危害

3.1 對施工的危害

膨脹土裂隙特別發(fā)育，對氣候變化特別敏感，是一種典型的非均勻三相介質(zhì)。土質(zhì)干濕效應明顯，吸水時，土體膨脹、軟化，強度下降;失水后土體收縮，隨之產(chǎn)生裂隙。膨脹土的這種脹縮特性，在渠道邊坡進行開挖后，邊坡膨脹土中含水量減小時，就會充分顯示出來。

在雙重不利因素下，導致施工期間易發(fā)滑坡等現(xiàn)象發(fā)生。同時，因地下水沿土體孔洞、裂隙滲出，在渠底造成積水，影響施工。若不采取降水處理，不但底板和坡腳土體迅速被軟化，底板處理層碾壓也無法進行。

3.2 對運行的危害

為保證渠道通水不滲漏，南水北調(diào)渠道均進行防滲處理，避免了渠道輸水不發(fā)生滲漏，但同時，阻止了地下水流入渠道。渠道襯砌前渠坡地下水位已接近渠底，襯砌施工完成后地下水位再次恢復為原水位，將造成以下三點危害。

(1)襯砌混凝土底部揚壓力上升

由于渠道兩側(cè)地下水位恢復原有高度，導致襯砌混凝土底部揚壓力較襯砌前較大幅度上升，對襯砌混凝土的邊坡穩(wěn)定性造成影響，易導致邊坡失穩(wěn)等事故發(fā)生。

(2)襯砌混凝土脹裂

渠道開挖時，土體干燥失水，體積收縮;襯砌完成后，地下水位上升，土體濕度增高，體積膨脹并形成膨脹壓力，易導致混凝土脹裂現(xiàn)象發(fā)生。

(3)滑坡

膨脹、收縮變形隨地下水位變化的往復發(fā)生，導致土的強度衰減，造成渠坡襯砌混凝土基礎承載力降低，造成滑坡等事故。

4 減小地下水影響的施工措施

4.1 施工期間基坑排水

(1)渠道在開挖過程中，根據(jù)揭露的水文地質(zhì)情況，以及開挖形成的基坑排水條件，做好開挖坡面和基坑積水引排措施，避免在渠坡表面及坡腳積水。

(2)施工期間應針對不同類型的地下水特點，結(jié)合施工組織安排選擇合理的應對措施。對于上層滯水、透鏡狀地下水、渠底承壓水，可參考以下處置措施。

①當上層滯水水量較豐或不能做到連續(xù)施工，開挖施工期間可能導致開挖面或坡腳積水時，應在坡底做好臨時引排措施。臨時排水溝應距坡腳一定距離(一般3 m 左右)，必要時做好防護，并對匯水及時進行引排(或抽排)，嚴禁坡腳積水造成土體軟化。

②開挖揭露富含水的透水夾層時，根據(jù)夾層所處的位置、夾層透水性、夾層厚度，結(jié)合永久排水設計做開挖期間臨時引排。

③對于渠底承壓水，應根據(jù)承壓水頭和覆土厚度復核開挖期間覆土層的抗浮穩(wěn)定性和滲透穩(wěn)定性以及基坑滲水量，并根據(jù)分析結(jié)果采取相應的處理措施。當覆土抗浮穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定、基坑滲水量三者之一不滿足要求時，采取井點降水措施。當滲流量較小不致出現(xiàn)基坑積水現(xiàn)象時，降水主要以滿足覆土抗浮穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定為目的;當滲水量較大時，將承壓水位降低到基坑開挖面以下不少于50cm。降水前，應進行抽水試驗，以確定降水方法及降水設計參數(shù)。施工中嚴格限制施工設備對膨脹土體進行擾動，以免破壞土體結(jié)構(gòu)、降低地基承載力。

4.2 運行期間排水

(1)提高地基承載力

為解決工程運行期間可能發(fā)生的危害，提高渠基承載力，對渠基膨脹土面進行粘性土換填施工，換填厚度3.5 m(垂直基面厚度)。

圖1 變更段換填示意圖

(2)降低地下水位

渠基排水將地下水通過逆止閥內(nèi)排排入渠內(nèi)。渠底換填底面采用反濾料換填30 cm，預埋軟式透水管;渠坡?lián)Q填底面開挖溝槽，橫向8 m 一道，縱向每2 m 高差一道，與渠底軟式透水管形成管網(wǎng)。渠坡?lián)Q填底層排水管積水通過逆止閥內(nèi)排至渠道內(nèi)，逆止閥與管網(wǎng)間采用dn315(PVC－U)排水管相連，渠坡逆止閥沿渠坡方向間距8 m 布置。dn315(PVC－U)排水管與逆止閥間采用三通連接，連接部位采用土工布包裹。渠坡及渠底換填頂面鋪設15 cm 反濾料，渠底縱向布設3 排逆止閥，間距16 m，逆止閥間采用軟式透水管相連接。保證地下水位低于渠底混凝土襯砌高程。

(3)施工方法

排水暗管安裝前檢查是否有斷裂、變形、破損等情況。軟式透水管間采用嵌套綁扎方式，首先將兩條管接口處的外包布割開，然后盡量將管口旋接在一起，搭接長度15 cm 以上，用綁絲將軟式透水管的兩個接口處綁扎好，先用割開的布包裹好，再用土工布包裹并用線徑φ2.2 mm 鉛絲綁扎好，土工布包裹長度大于1.0 m。軟式透水管與PVC 管聯(lián)結(jié)處用土工布包裹，并用線徑φ2.2 mm 鉛絲綁扎。已鋪設的排水暗管及附件經(jīng)驗收合格后，用土工布包裹排水暗管，邊包裹邊綁扎。全面檢查有無漏包、搭接長度不夠、綁扎不緊、排水暗管和土工布間結(jié)合不緊密、褶皺、松動等現(xiàn)象。管道預留接頭部位采用包裹保護，防止填料及其他雜物進入管道中，影響排水效果。鋪設完成后其上不堆放重物。

排水暗管與附件安裝，土工布包裹、捆扎驗收合格后，及時回填溝槽，盡量減少溝槽暴露時間?；靥钋皺z查溝槽內(nèi)有無積水、雜物。砂礫石反濾料由粗砂(0.5 ～2 mm)和細礫(2 ～5 mm)混合料組成，壓實指標為渠底相對密度不小于0.7，渠坡相對密度不小于0.65。砂礫料分層分段灑水壓實填筑，壓實設備、鋪料厚度、壓實方式、碾壓遍數(shù)和含水率等施工參數(shù)通過現(xiàn)場碾壓試驗確定。

［1］南水北調(diào)中線一期工程總干渠渠道膨脹土處理施工技術(shù)要求(NSBD－ZXJ－2－01)［S］.南水北調(diào)中線干線工程建設管理局印發(fā)，2010.12.

［2］陳正漢.膨脹土與膨潤土工程特性及其應用研究的新進展［J］.解放軍后勤工程學院，2009，(12).

［3］水利水電單元工程質(zhì)量等級評定標準(DL/T5113.1－2005)［S］.中國電力出版社，2006.

［4］水利水電工程地質(zhì)勘測規(guī)范(GB50487－2008)［S］.北京:中國計劃出版社，2009.