南水北调工程中常见的特殊地质工程处理措施

　　摘要：本文结合多年的施工经验并以曾经在南水北调施工中遇到的多种工程地质状况及处理措施进行了总结　　关键词：湿陷性黄土，钻孔灌注桩，处理措施　　　　1工程概况　　南水北调中线京石段应急供水工程南起河北省滹沱河南侧古运河，北至北京市团城湖，线路总长度307.5km，其中河北省境内长度227.4km，设计流量135～50m3/s，为明渠输水；北京市境内长度80.1km，为管涵输水，设计条件为泵站加压输水，设计流量50～30m3/s，无泵站加压时的自流规模为20m3/s。中线京石段总干渠建有节制闸15座、永定河控制闸1座、退水闸13座、分水闸13座。　　2渠道衬砌及建筑物基础为湿陷性黄土的处理措施　　黄土在自重压力或附加压力的作用下受水浸蚀后，土质结构迅速破坏而发生显著附加下沉，导致建筑物破坏，具有此类特性的黄土，称湿陷性黄土。其工程特征：塑性较弱；含水较少；压实程度很差，孔隙较大；抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩较明显；透水性较强；强度较高，因为压缩中等，抗剪强度较高。　　2.1渠道基础土质为湿陷性黄土的处理措施：　　渠道湿陷性黄土地基较多采取强夯法处理，采用冲击压路机进行施工。冲击碾压对软土地基具有加速沉降与加固的作用。冲击压路机对地面施加冲击能量后，土体受拉、压作用，软土自由水经塑料排水板排出地表后土体密实度增加，加速了软基的沉降固结。如果在软基上填筑渠堤，采用冲击压路机分层碾压工艺，可在施工过程中加快软基的固结速度，有利于软基的沉降固结。　　地基土的天然稠度处于O.5～1.O过湿状态，需要进行加固处理，可用冲击碾压结合水稳定性好的粗粒材料垫层综合加固。该垫层厚度按稠度(Wc)确定：当1.0＞Wc≥O.9，垫层厚20cm；0.9＞Wc≥O.75，垫层厚30cm；O.75＞Wc≥O.5，垫层厚50cm。在粗粒料垫层上用冲击压路机碾压20～30遍后，可使地基土表面部分厚度固结，与水稳定性好的粗粒材料形成加固地基。　　由于冲击压路机具有高能量的压实功能，相当于超重型击实标准的击实功，达到重型压实度的含水量仅在小于最佳含水量范围内扩大，其大于最佳含水量的范围不会扩大。因此，含水量视土的塑性指数大小，宜控制稠度不小于1.1—1.2，否则厚80cm～100cm土层冲压会形成弹簧土，无法压实。　　冲击压路机的轮边与构造物应有1m的安全距离，桥涵构造物上填土厚度不少于2.5m。当使用冲击压路机的补压振碾达标,地基工程的平均沉降量小于3cm时，不宜再进行冲击碾压作业。　　2.2涵洞基础沉降的处理措施　　涵洞基础沉降的原因：一是涵洞基底水稳性差，一旦出现渗水，便导致涵洞基础沉降；二是涵洞基底原状土承载力低，不能满足施工要求。　　针对涵底水稳性差的情况，必须完善路基范围内的排水措施，尤其是涵洞进出口处水流应顺畅，避免积水；另外，涵洞基底的换填材料应当避免使用透水性材料（如砂砾）。针对承载力低的情况，通过计算涵洞基底的应力来确定地基土换填的厚度、宽度以及涵台基础的宽度。　　换填材料的选用和地基承载力的确定，通过公式计算得到。针对湿陷性黄土的特点，采用水泥稳定土和三七灰土分层进行换填，这样根据阻隙比等指标以及《公路桥涵设计规范》确定在涵洞基坑开挖后进行人工夯实，地基承载力可以提高。　　3钻孔灌注桩遇特殊地质的处理措施　　3.1砂砾层的钻孔处理　　当施工中遇到砂砾层时，容易发生塌孔、缩孔，为此我们采用比钻孔桩设计桩径小10cm即内径为1m的钢护筒（壁厚8mm）护壁，护桶随钻孔渐次下至砂层，起支护作用，可避免因漏浆造成砂层溜坍。即使出现孔内漏浆，水位下降，砂层也不会垮塌。具体的施工方法如下：　　（1）先埋设钢护筒（壁厚8mm），钻孔时加大钻头直径至1m,钻进时注意控制泥浆浓度和钻机进尺；　　（2）随施工进尺的速度，提起钻头，接长钢护筒，接头处焊结牢固，并用φ20mm钢筋对接帮条焊加固；　　（3）在护筒顶部盖一块厚10mm的钢板，提起钻头，用钻头轻砸中心，冲砸时要控制好护筒中心位置，注意要及时调整，千万不能偏孔，否则，砸下去后很难调整过来。要注意在施工中及时判砂层的深度，保证钢护筒应下至穿过砂层0.5m以上。另外如果在孔内涌水量不大的情况下也可以采用人工挖孔的施工方法，利用混凝土护壁支护，穿过砂层。　　3.2溶洞的钻孔处理　　针对溶洞地质，具体的施工对策和施工方法如下：　　（1）技术人员及钻机充分掌握地质情况，每个孔的地质资料都发给相关人员，让其充分了解溶洞的位置，大小等，做到钻孔时心中有数。　　（2）各孔周围准备足够的小片石和粘土，粘土要做成泥球状(φ15～20cm)或饼状，用薄膜包裹，防止干裂。同时，在施工过程中最好配备一台ZL50C型装载机，司机随时候命，当遇到溶洞漏浆时，迅速铲起片石和粘土填孔，同时集中水泵往孔内大量补水。　　（3）当钻至离溶洞顶部附近时，采用小冲程，逐渐将洞顶击穿，防止卡钻。一旦发现泥浆面下降，应迅速补水，然后根据溶洞的大小按1：1的比例回填粘土和片石，仍采用小冲程轻砸，让粘土和片石充分挤入溶洞内壁。一定要待粘土和片石充分挤入溶洞内，形成稳定护壁后，并且泥浆漏失现象全部消失后，才能转入正常钻进。　　（4）对于漏浆严重的孔，多次漏浆，回填粘土和片石没有作用，采用直接灌注水下混凝土的方法堵漏，具体措施如下：按照灌注水下混凝土的施工方法下导管至已钻孔孔底0.3-0.5m；灌注水下混凝土，至溶洞填充完毕，判断标准以灌注混凝土面超过溶洞顶1m左右且混凝土不再下降为准；待混凝土强度达到30%-50%左右后，重新钻进。　　3.3水下混凝土灌注过程中流失的处理　　前期施工的孔桩中，水下混凝土实际灌注的数量一般要大大超过设计数量，最多的要超过设计数量3-5倍。特别是在钻孔过程中，溶洞无填充物且各向贯通。而且由于混凝土的侧压力大于泥浆的侧压力，故在钻孔过程中形成的泥浆护壁容易被挤破，造成混凝土流失。针对水下混凝土灌注过程中流失的现象，采取以下施工措施：　　（1）保证混凝土生产和运输能力，采用混凝土集中拌和站。　　（2）加大混凝土储存量，如按正常施工混凝土储存量应为1.8-2.2m3，考虑到溶洞的影响，我们加大初存量为6.0m3，避免因首盘混凝土数量不够造成导管埋深不够而断桩。　　（3）灌注过程中加大导管埋深，我们一般控制导管埋入深度不小于3米，灌注时要勤于测量混凝土面高程，对灌注过程中出现的缓慢下降要有准确的判断。防止突然混凝土面下降导管悬空造成断桩事故。　　（4）对漏浆严重或多次漏浆的个别孔，应做到心中有数，在灌注时应加大混凝土灌注高度，一般考虑要超过设计高程1.5-2.0米，尽量避免在灌注完成拔出导管后混凝土面下降造成断桩。　　4结语　　本文就在南水北调工程中施工过程中遇到的湿陷性黄土和钻孔灌注桩遇特殊地质的多种情况进行了总结，各种应急处理措施为作者的亲身处理经验，具有可操作性，希望为以后类似工程施工遇到此类情况提供帮助。

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