填方渠道沉降期问题初探

□李聚兴

填方渠道沉降期问题初探

□李聚兴

土堤填筑完成后预留沉降期的长短，一直是一个见仁见智的问题，究其原因是影响因素众多、工程条件及人为因素千差万别。本文结合南水北调中线邯邢段工程设计实例，从沉降机理方面入手，提出了解决沉降问题的工程技术措施。

填方渠道；沉降期；探讨

结合南水北调中线总干渠工程设计，笔者对填方渠道预留沉降期问题进行了初步分析和探讨。渠道填筑完成后，后续施工的混凝土衬砌板对渠堤的沉降较为敏感，沉降变形过大会引起衬砌板开裂，严重时衬砌板底面会出现滑动、脱空等现象，影响到工程安全。因此，有必要找出沉降变形的主要影响因素，采取针对性工程技术措施，制定出合理的施工沉降期。

1.渠堤沉降变形机理分析

填方渠道沉降包括渠堤土体沉降和基础土体沉降两部分。

对于渠堤本身而言，填筑过程中施加了压实功，并按最优含水量进行了控制。正常状态下，可以认为堤身填筑完成后其固结过程已基本完成。

对于基础土体则完全不同，基础土体自然随机分布，需要一定的时间才能完成土粒间结构调整以及排水排气等固结过程。这一固结过程的长短，与基土压缩层厚度、土体结构、饱和程度、排水条件等因素有关，是一个十分复杂的固结过程。

2.沉降变形的主要影响因素

2.1 土体含水量

在堤身填筑过程中，受土料场条件变化，上坝土料的含水量总会与最优含水量存在偏差，有时偏差甚至很大。对于含水量偏干的土，包围土粒的薄膜水厚度较小，土粒间摩擦力大，难以碾压紧密。筑堤完成后，在降水或渠堤内水浸润作用下，土粒间薄膜水厚度增大、摩擦力降低，会出现二次固结变形。

渠堤下面天然基础土体的含水量变化更为剧烈。筑堤完成后，对于含水量偏干的基土，受降水、渠道渗水等影响下，基土会出现二次固结变形。对于含水量较高的基土，当遇地下水位降低而孔隙水压力消散时，基土也会发生二次固结变形。

由此可见，筑堤土和地基土含水量变化所引起二次固结变形具有随机性，难以预测其发生的时间和地点。

2.2 施工中人为因素

就目前土方施工情况来看，农民工为主要施工力量，同时取土、运输、碾压等机械施工环节，操作人员也多缺乏土体基础知识，再加上施工管理人员“浮躁”，当进度与质量产生矛盾时，进度往往占据上风。这些人为因素的影响不易预判和掌握，具有较深的隐蔽性。

3.消除影响的主要技术措施

3.1 预留沉降期

土的固结程度与固结时间长短成正比，前期固结比较快，一般认为工程施工期间即可完成总沉降量的80%～90%。中科院武汉岩土所专门就南水北调中线总干渠河南段填方渠道沉降进行了研究，根据典型断面实测资料，按照固结理论计算，填筑完成后需要180～1110天方能完成总沉降量的90%。三峡大学也对河南段高填方渠道6个典型断面进行了沉降分析研究，认为填筑期间沉降量完成86%以上，3个月后可完成总沉降量的94%以上。

上述实例可看出，由于工程条件、地质条件、施工因素不同，导致沉降计算成果差异巨大。这也说明沉降问题的复杂性，不能完全依赖计算，要在此基础上根据工程经验综合分析确定沉降期。

根据总干渠邯邢段具体情况，综合分析确定的沉降期为：填高＜3m的渠堤，不小于3个月；填高3～6m的渠堤，不小于6个月；填高＞6m的渠堤，不小于6个月，且需经过1个雨季。

3.2 控制填筑速度

机械化施工大大加快了填筑速度，但过快的填筑速度不利于土体固结。在满足施工总进度的前提下，合理安排填筑速度，尽量延长填筑时间，给每层土尽量多的固结时间。这样既可减少不均匀沉降，也可降低施工强度，节省施工费用。

3.3 控制土料含水量

调控土料含水量可减少沉降量、缩短沉降时间，对于粘粒含量较高的土料，由于孔隙水排出条件较差，可选取最优含水量的偏干侧含水量；对于粘粒含量较低的土料，应选取偏湿侧含水量。

4.消除影响的主要工程措施

4.1 减小衬砌板分块尺寸

对于沉降量较大的渠段，可适当减小衬砌板的分块尺寸，消减沉降变形而引起的衬砌板内应力，防止衬砌板产生裂缝。

4.2 改变分缝形式

渠道沉降完成后，堤顶沉降量远大于堤脚沉降量，致使堤身坡面长度缩短，造成衬砌板与堤身之间相互错动或脱离，在雨水下渗等因素作用下，会加剧工程破坏。因此，应将渠坡衬砌板的水平缝尽量设置为通缝，并具有合适的缝宽，利用通缝宽度消纳刚性衬砌板的伸缩，保证衬砌板适应堤身压缩变形。

4.3 加大填筑压实度

加大填土压实度可消减筑堤土料粘粒含量含水量等自然缺陷带来的不利影响，但这种工程措施代价较大，不宜大面积采用。

5.结语

填方渠道沉降是一个复杂问题，影响因素众多且具有多变性，仅靠理论计算分析难以符合工程实际，应结合工程经验综合分析确定沉降期。

渠堤沉降是一个必然现象，不可避免，应顺其自然，利用代价小而效益大的技术措施来解决问题。如尽早安排高填方渠段施工，合理控制填筑速度，留出足够的沉降期。

当技术措施不满足要求时，可辅以必要的工程措施，如缩小衬砌板分块尺寸、改变分缝形式、提高压实度、利用水泥改性土等。但采用工程措施通常是会加大工程投资，需慎重对待。□

2016-05-06

李聚兴，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，副总工程师、正高级工程师。