石门河渠道倒虹吸液化层强夯处理试验分析:倒虹吸的工作原理

　　摘要石门河渠道倒虹吸强夯处理地质类型为夹②alp1Q41中壤土液化层,土层平均厚度7.5m,通过试验确定饱和液化层基础强夯处理后满足设计要求时的施工参数,包括单点夯击遍数、各遍夯击施工间隔时间。
　　关键词液化土;强夯试验;方案分析
　　中图分类号P642文献标识码A 文章编号1673-9671-(2010)042-0112-01
　　
　　南水北调中线一期工程总干渠石门河渠道倒虹吸工程施工区位于太行山南麓山前洪积扇的中上部,地势由西向东南倾斜,地层15m内主要以卵石,轻壤土为主。地表坡降6‰,地面高程98-101m。总干渠跨越石门河处,河谷宽度大于900m,由数条河道和心滩组成,河底高程97.5-99.0m,心滩高程99.5-100.5m;右岸为河漫滩,地形较为平缓、开阔,高程99.7-101.0m。现阶段由于当地村民挖坑采砂,河床内2-4m深的采砂坑和3-4m高的废弃粗颗粒卵石堆星罗棋布,河谷形态已面目全非;同时,由于石门河长年无水(除特丰水年),大片地段地表出露岩性为松散卵石,几近戈壁滩。受上级部门的委托,当地政府对该地段进行复耕土地改造。具体为:在石门河的左岸,沿河修了两道堤防,堤内宽约300m,现已推平,上部填厚约0.5m的重粉质壤土,改造为可耕地。
　　强夯处理区域属太行山前冲洪积倾斜平原,地势较平坦,地面高程98.24-98.42m。勘探深度范围内主要为第四系全新统及上更新统冲洪积物,岩性以卵、砾石为主间夹薄层轻壤土,地表为厚0.5-1.0m的人工填土,岩性为砂壤土。工程地质特征共划分4个土体单元,分别为:
　　第①层卵石(alplQ41):厚1.70-2.00m,岩性不均,间夹厚0.55m砂壤土透镜体层底高程96.27-96.72m。该层重探击数范围值10-21 击,平均值15.6击,呈稍密～中密状。
　　第②层轻壤土(alplQ41):层厚3.00-4.40m,层底高程92.04-93.27m,天然含水量平均值W=20.6%;压缩系数平均值a1-2=0.267MPa-1;标贯击数平均值N=6击,为中等压缩性中硬土。
　　第③层卵石(alplQ41):层厚11.80-12.00m,层底高程80.04-81.74m。岩性不均,泥砂质充填,夹厚0.7m重粉质壤土透镜体。该层底埋深16.80-18.20m,该层重探击数范围值13-22击,平均值N=16.8击,为稍密～中密状。
　　第④层卵砾石(alplQ23):该层岩性不均,泥砂质充填,间夹粘性土薄层或透镜体,未揭穿,最大揭露厚度28.2m。重探击数范围值10-15,平均值N=13.6击,为稍密～中密状。地下水位埋深在自然地表下8.5m左右。本标段强夯处理范围IV92+936.4-IV93+28地质为饱和砂土液化段,加固顺序是先深后浅,即先加固深层土,再加固中层土,最后加固表层土。由渠道两侧边缘线向中间夯实。
　　1强夯试验方案步骤
　　1.1试夯区选定
　　根据场地地质资料,选定第一试验区位于IV92+983.4-IV93+005.4,第二试验区IV93+045.4-IV93+067.4,第三试验区IV93+147.6-IV93+169.6。每个试验区面积为22×22m。夯点布置方式:夯点间距为6.5米,第一遍为正三角形布置,第二遍夯点在第一遍夯点之间布置,第三遍为满堂布置。
　　1.2施工及试验设备
　　本次试夯投入W2001-20T履带式打夯机1台,20t夯锤1个(底面直径2.5m);莱卡402全站仪一台,DSZ2水准仪一台,用于放线和测量标高;推土机一台,用于推平夯坑及场地整平;DPP-100型车装钻机一台,用于标准贯入试验、采集土样;相对密度仪等试验设备。
　　1.3强夯施工方法
　　1)第一遍单点夯击能3000kN●m(落距15m,单点夯击次数计划为10击),施工结束后间隔2天推平夯坑,进行第二遍夯点施工,第二遍单点夯击能3000kN●m(落距15m,单点夯击次数计划为10击),施工结束后间隔2天推平夯坑,进行满夯施工,满夯夯击能1000 kN●m(落距5m,单点夯击次数计划为10击)。第一遍、第二遍夯、满夯工期各1天,各遍夯击施工间隔为2天,满夯施工结束后间隔7天进行检测,施工历时共计14天。
　　2)各遍夯击能及施工步骤同A法,各遍夯击施工间隔变为9天。第一遍、第二遍夯、满夯工期各1天,间隔9天进行检测,施工历时共计30天。
　　3)各遍夯击能及施工步骤同A法,各遍夯击施工间隔变为3周。第一遍、第二遍夯、满夯工期各1天,满夯施工结束后间隔2周进行检测,施工历时共计59天。A法、B法、C法同时施工,如其中一种方法施工结束后检测结果满足设计要求则停止其后的试夯,采用该法施工。
　　1.4工艺流程
　　1)复核土层的含水量和地下水位。2)清理地表有机物质,整平场地,根据地下水水位情况决定是否设置临时排水设施,由于试验区周围地势开阔,周围无建筑物和设备,因此不设置减震沟。
　　3)测量试验区夯前高程,布置夯点位置。
　　4)强夯机具就位,检查夯击能量及点位偏差(偏差小于5cm)。
　　5)施夯、逐击观察夯击能量,发现夯坑底倾斜大于30°而造成夯锤歪斜时,应将坑底填平后再进行夯击。
　　6)点夯夯击次数确定:①强夯最后二击平均沉降量不大于50mm;②夯坑周围地面不应发生过大的隆起;③ 不因夯坑过深而发生提锤困难。
　　7)重复4-5步骤,完成点夯,每遍夯完后推平场地,测量高程,对比每遍夯后场地夯沉量。
　　8)用低能量(1000kN・m)满夯,将场地表层松土夯实,并测量夯后场地标高。
　　1.5夯前、夯后试验检测
　　1)夯沉量(包括每击夯沉量)及地面变形实测。
　　2)夯前检测土的容重、含水量、孔隙比、颗分、相对密度;夯后从夯击终止时的夯面起至其下5-8m深范围内每隔1.0m取样检测土的容重、含水量、孔隙比、颗分、相对密度和击实最大干密度。
　　3)夯后从夯击终止时的夯面起至其下5-8m深内每隔1.0m进行标准贯入试验。
　　4)检测点在距离试验区边线2.5m范围内现场随机抽选6点(先进行取土,再进行标贯)。
　　5)本标段位于7度设防远震区。依据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-2006),本试验区液化判别标准贯入锤击数基准值为8,液化判别标准贯入锤击数临界值根据下式计算:Ncr=No[0.9+0.1(ds-dw)]√3%/pc式中:Ncr-液化判别标准贯入锤击数临界值;No-液化判别标准贯入锤击数基准值;ds-工程正常运行时,标准贯入试验时,标准贯入点在当时地面以下的深度(m);dw-地下水位深度(m),按最不利工况取值,即dw=0;pc-土的粘粒含量质量百分数(%)。
　　2强夯试验检测结果及分析
　　1)强夯前试验共检测17个土层单元,其中在二区和三区处为液化土。
　　2)强夯后试验共检测10个土层单元,均非液化土。
　　3)通过试验,强夯后消除了液化土层,满足设计要求指标,考虑施工中的各种干扰因素,建议选择强夯施工参数为夯击能:3000KN。