南水北调中线天津干线工程的不良地基及处理探讨

李涛，王健，杨伟光

摘要：南水北调中线天津干线工程是国家大型跨流域调水工程的重要组成部分，它沿途155km范围内经过各种地形地貌及各种不同的施工地质条件。所以，在施工中遇到了大量的不良地基型式，这些不良基地基本包括了常见的各种不良地基，在实践过程中针对不同的地基型式采用不同的处理策略和方法，为工程顺利实施提供了有力的保障。这些处理策略和方法也经过了实践的检验，取得了较好的效果。
关键词：南水北调中线，天津干线，不良地基，地基处理，基础置换，震密压实
Abstract: the main project of south-to-north water transfer project is a national large tianjin inter-basin diversion project is the important component of it along the way 155 km range through a variety of landform and all kinds of different construction geological conditions. So, in construction, met a lot of bad foundation type, these bad base including the basic common all kinds of bad foundation, in the process of practice of the foundation for different types of different processing the strategies and methods for engineering implementation provide strong guarantee. These treatment strategies and methods also passed the test of practice, and good results have been achieved.
Keywords: south-to-north water transfer project, tianjin main, bad foundation, foundation treatment, basic replacement, earthquake dense compaction

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

引言
南水北调中线天津干线全线采用现浇钢筋混凝土无压箱涵接有压箱涵全自流结构设计，属于地下隐蔽性工程，它的施工必须进行长距离大范围的基坑开挖。由于设计箱涵底板高程平均在地面高程以下5~15m，属于深基坑开挖。在基坑开挖至设计高程后，需要对地基进行承载力测试和地基综合性能验收。在基础的测试和验收过程中不可避免的遇到了各种不良地质结构和不利于工程施工及工程结构稳定的不良地基。笔者结合多年的天津干线施工地质工作经验，对天津干线施工过程中遇到的各种不良地基型式进行整理，并对各种不良地基作用提出处理策略和方法。
工程概况
南水北调中线天津干线工程西起河北省徐水县西黑山村西北，东至天津市外环河曹庄泵站，途经河北省、天津市的11个区县到达天津，全长155.352km[1]。天津干线基本呈自西向东展布，工程起点高程约65.00m，终点高程约0.00m，总体高差65.00m。采用钢筋混凝土地下箱涵结构，实现从西黑山进口闸到天津外环河出口闸的自留引水方案。
天津干线不良地基类型
在南水北调中线天津干线的工程实践中，遇到了大量的不良地基型式，如：湿陷性黄土、有机质土、软弱土体、弹簧土、可液化性土等类型，也遇到了像古井、古河道、古墓、地下孔洞、贝壳层等不良地基类型，笔者把这些不良地基进行了归纳，大体有以下几类：
3.1湿陷性黄土地基
湿陷性黄土是指在一定压力作用下受水浸湿时，其结构迅速破坏，并发生显著的附加下沉的黄土及黄土状土[3]。黄土状壤土作为失陷性黄土的一种，具备湿陷性黄土的一切特性，在工程实践中被认为是不良的工程地基，应该采取相应的处理措施来改变其工程地质不良特性。据天津市水利勘测设计院天津干线工程地质勘察成果，天津干线第一设计单元即西黑山至有压箱涵段桩号XW0+000~XW11+200段范围内分布有黄土状壤土，层底高程（1985国家高程基准）在22~64m范围内，深度在0~12m范围内，该层黄土状壤土属于自重性湿陷性黄土状壤土，如果直接作为天津干线箱涵的地基，其危害性和破坏性不言而喻。
3.2有机质土地基
有机质土体是一种分布范围广泛但成因多样的一种土体，其特性是富含大量的有机质，颜色成黑色、褐黑色、灰黑色等，有臭味，能发现生物体的遗迹或具有有机体结构。遇水强度会明显降低，产生一定的膨胀性；长期浸水时会转变成淤泥质土或淤泥，产生较大沉降。失水之后又会重新稳固，产生新的力学状态；暴露在阳光和空气中时体积会发生较大的收缩，产生明显的裂隙；这种土体直接与建筑物底板接触时，在空气充足的状态下，产生新的微生物群落，进而腐蚀变质，最终丧失强度，同时对建筑物产生一定的腐蚀性。在工程实践中这种土体被视为不良地基，应尽量避免做基础持力层或与建筑物直接接触。在南水北调天津干线的施工过程中在第四设计单元桩号XW95+000的下游，时常会发现此类地基，埋深位置有时直接在箱涵底板高程位置，应该采取相应的措施进行处理。
3.3软土地基
软土是指天然含水量大于液限，天然孔隙比大于或等于1.0，压缩系数a1-2大于0.5Mpa-1的,不排水抗剪强度c小于20kPa的细粒土，它包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土体。成因多为滨海相、泄湖相、溺谷相和三角洲相[4]，该土体常见海生生物残骸。具有触变性、流变性、高压缩性、低强度、低透水性、不均匀性等工程地质性能。作为建筑物地基时强度较低且易产生不均匀沉降，在工程实践中被视为不良地基类型，应进行不要的地基处理。在天津干线的施工过程中，在保定市二段、廊坊市段、天津市Ⅰ段、天津市Ⅱ段的局部地段均发现此类地基的出现，埋深位置多在箱涵底板之下1.0~5.0m范围内，在工程施工时应采取必要的措施处理。
3.4其他缺陷性地基
处于对建筑物的安全角度考虑，理想的地基应该是平整、土质均一的土体组成，凡是非理想的、存在一定缺陷的地基型式，也都认为是不良的地基型式。在天津干线的施工过程中，除了以上几种不良地基类型之外，还存在天然地基被破坏、土质严重不均一的结构型式。如：古井残骸、古墓残冢、堆积较厚的的贝壳层、古河道遗迹、古植物残骸、地下空洞、人工探孔遗迹等类型。这些型式的缺陷性，使得天津干线的局部地基，出现复杂的不稳定性和不确定性。
各种不良地基处理策略及方法
4.1湿陷性黄土地基的处理
清除置换法：当湿陷性黄土分布在建筑物基底影响范围内时且失陷量较大的，清除湿陷性黄土本身。采用人工填土进行置换。人工填土可以选择天然的粘性土或者人工的灰土（三七灰土、二八灰土），进行人工拌合后，逐层碾压回填至建筑物基底，碾压过程要受确切的压实度控制。回填结束后要进行承载力原位测试，以判断回填效果是否满足设计要求。
挤密桩稳固法：当湿陷性黄土满足挤密桩施工条件时，可以选择挤密桩稳固法进行处理。挤密桩稳固法的处理终点在于选择合适的桩径及桩密度。
强夯法：强夯发适用于远离居民生活区的场地作业，强夯的范围应大于建筑物基础范围，扩宽可从基础外援起增加拟加固深度的1/3~1/2距离，并不小于3m[3]。
其他复合地基法：主要为各种形式的桩基础配合其他的基础设计型式。如：静压桩、钻孔灌注桩等配合承台设计等情况。
4.2有机质土地基的处理
有机质土地基的处理可以针对有机质土的分布层位和深度选择合适的处理方法，一般而言，有机质土体如果离开基础对地基的影响深度，可以不做处理。当有机质土直接接触建筑物或埋深在建筑基底深度影响深度范围内，则要进行处理。在正常沉积的地层中，有机质土体的厚度一般不会超过1m，除非是古沼泽相沉积时厚度会比较厚。这种情况所采用的处理方法就是地基置换。即清除有机质土体，之后采用人工填土进行回填，可选择级配适当的碎石土、人工灰土等型式。回填时要采用分层回填碾压的方法，碾压时压实度一般应大于0.97。必要时对于回填的地基要进行原位承载力测试，以判断地基置换的效果。
4.3软土地基的处理
软土地基主要包括淤泥及淤泥质土，在不良地基中比较常见，处理它的方法也比较多样化。有软土置换法；排水固结法；桩基处理法等。当软土的分布厚度较小时（一般小于1m），可以采用置换法，将软土全部清除之后，用人工填土进行回填。当软土分布范围较小，厚度较大时，可以采用排水固结法，即将软土的四周挖开沟槽，采用人工排水的方法使其达到固结，并将排出的水抽离原地，之后在排水沟槽中回填人工灰土或石灰土等方法，使其达到隔水的目的。另外可以在固结回填结束后在已固结的软基之上铺设一定厚度的褥垫层，已达到稳固的目的。当软土地基的分布范围较广，厚度也较大时，则要考虑采用桩基础型式或桩基础与其他基础共同作用的复合基础形式[5]。可选的桩型有粉煤灰搅拌桩、砂桩、生石灰桩、钢筋混凝土钻孔灌注桩等。
4.4其他缺陷性地基的处理
在天津干线的施工中遇到了很多缺陷性地基类型。他们因为自身的特点不同而采用不同的处理方法。但是总的来说，对于缺陷性地基而言，换填法还是比较常用的。比如古河道淤积的软弱沉积、厚度较小的贝壳层、古植物残骸因其换填总量较小，采用三七灰土回填在经济反面和回填效果方面均比较良好。而古井残骸、古墓残骸、人工探孔等缺失性缺陷处理则比较麻烦。首先必须探清楚古井的深度和范围，以及淤积物的形状；古墓的范围，是否有考古价值；人工探孔的深度等状况才可做下一步的方案。
当古井深度较深时，要挖除淤积物适当的深度，同时挖除大于淤积物一定的范围，之后采用素混凝土浇注离建筑基底一定的深度之后，再用碎石土进行回填，直至箱涵基底。这样做既保证了古井的绝对封死，同时也避免了因为混凝土较大的刚性对箱涵底部造成顶穿的可能，达到较好的处理目的。
对于有考古价值的古墓应该上报当地文物机关，做下一步的处理，对于没有考古价值的古墓直接进行清理后掩埋，并进行压实振震密处理，直至箱涵建筑底板高程。
当探明人工探孔的深度和范围后，同样采用震密填埋的方法处理，直至箱涵底板高程。
5结语
在南水北调天津干线的施工过程中遇到了众多的不良地基型式，针对不同的不良地基采用不同的处理方法，处理效果在工程实践中得到较好的证明。在某些方面的处理策略甚至具有较高的前瞻性和创新性。以上这些不良地基类型是对南水北调天津干线工程此类问题的总结，同时也是对于类似工程地基问题的总结和探讨，希望可为此类工程提供可借鉴之处！

参考文献：
[1] 常学志.南水北调中线一期工程天津干线初步设计阶段工程地质勘查报告[R].天津：天津市水利勘测设计院，2008
[2] 曹继富.南水北调中线一期工程天津干线初步设计报告[R].天津：天津市水利勘测设计院，2009
[3] 顾晓鲁等.地基与基础（第三版）[M].中国建筑工业出版社，2003.5
[4] 常士骠等.工程地质手册（第四版）[M].中国建筑工业出版社，2007.2
[5] 吴湘兴等.建筑地基基础[M].华南理工大学出版社，2006.1