南水北調(diào)南陽膨脹土渠道施工質(zhì)量控制

□張官珍 □王為然 □李超峰（河南省河川工程監(jiān)理有限公司）

一、工程概況

南水北調(diào)中線工程穿越膨脹土（巖）渠段累計(jì)長(zhǎng)約386.8km，穿越膨脹土的渠段長(zhǎng)度大，處理技術(shù)難度高，制約因素多。

整個(gè)試驗(yàn)段分為3個(gè)試驗(yàn)區(qū)，分別為填方試驗(yàn)區(qū)、弱膨脹土試驗(yàn)區(qū)、中膨脹土試驗(yàn)區(qū)。其中填方試驗(yàn)區(qū)又分為2個(gè)亞區(qū)、弱膨脹土試驗(yàn)區(qū)分為4個(gè)亞區(qū)、中膨脹土試驗(yàn)區(qū)分為7個(gè)亞區(qū)，每區(qū)長(zhǎng)80～120m，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牟贾昧瞬煌脑囼?yàn)方案。

二、膨脹土分類及特點(diǎn)

膨脹土除具有一般粘性土所共有的物理、化學(xué)性質(zhì)外，主要由親水性粘土礦物成分：蒙脫石、伊利石和高嶺土所組成，同時(shí)具有吸水顯著膨脹軟化和失水收縮硬裂的變形特征。根據(jù)膨脹土的物理、化學(xué)特性，膨脹土分強(qiáng)膨脹土、中等膨脹土和弱膨脹土三類。

膨脹土體中裂隙發(fā)育，一般土體的膨脹性越強(qiáng)，微隱蔽裂隙越發(fā)育。部分裂隙面光滑，并見有擦痕，裂隙內(nèi)充填物強(qiáng)度低、膨脹性強(qiáng)。此外，部分土體中存在的層間結(jié)構(gòu)面和大裂隙，一般為地下水運(yùn)移通道，抗剪強(qiáng)度低，對(duì)渠道邊坡的穩(wěn)定極為不利。膨脹土由于沉積環(huán)境及礦物成分不同于一般粘性土，一般具超固結(jié)性，邊坡開挖后易產(chǎn)生卸荷破壞。上述特點(diǎn)決定了膨脹土具有吸水膨脹，失水收縮的特性，吸水時(shí)體積擴(kuò)脹具有較高的膨脹力，失水體縮變形較大。反復(fù)脹縮的結(jié)果使得土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，力學(xué)強(qiáng)度隨之降低,易發(fā)生滑坡。

三、膨脹土地區(qū)渠道質(zhì)量控制措施

（一）熟悉工程水文地質(zhì)條件

在南陽膨脹土試驗(yàn)段施工過程中，出現(xiàn)了多次深層和淺層滑坡，具有渠道中膨脹土渠段多，弱膨脹土渠段少，中膨脹土滑坡大而快，弱膨脹土滑坡小而慢的特點(diǎn)。土方開挖中后期和雨季施工期間，中膨脹土區(qū)段發(fā)生滑坡的可能大。這種規(guī)律性與水文地質(zhì)情況有很大的聯(lián)系，所以在施工中應(yīng)了解地貌、地形形態(tài)、地下水類型及變化等，了解開挖地段有無淺層滑坡和地裂等不良地質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)地質(zhì)報(bào)告中的各段地質(zhì)情況要充分了解。

在渠道開挖施工期間，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)查勘工作，重點(diǎn)地段應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的編錄和地質(zhì)描述，特別是中膨脹土渠段有軟弱帶存在處、有滲水點(diǎn)處。各滲水出露點(diǎn)之間是否在同一層位，是否有上層滯水等情況要記錄詳細(xì)，仔細(xì)分析，早預(yù)防，提前處理隱患?？梢圆扇⊥诔?、換填、壓實(shí)的辦法對(duì)軟弱帶及時(shí)處理；對(duì)出水點(diǎn)、帶采取引排、設(shè)置盲溝的辦法，將地下水引流、排出，輸導(dǎo)到排水系統(tǒng)中，提早給地下水找出路，避免渠坡受地下水的破壞。只有充分了解了開挖段的水文地質(zhì)情況特點(diǎn)，才能在開挖時(shí)做到心中有數(shù)，以便檢查在不利地質(zhì)渠段施工方案是否有針對(duì)性措施，渠道開挖方案是否合理，做好質(zhì)量的事前和事中控制。

（二）復(fù)核判定膨脹土類別

強(qiáng)膨脹土、中等膨脹土和弱膨脹土三類中，中、強(qiáng)膨脹土的土質(zhì)特性最差，中等膨脹土次之，弱膨脹土較好一點(diǎn)。由于開挖改變了原有土的應(yīng)力狀態(tài)，造成局部土應(yīng)力卸荷，打破了原有的土力平衡狀態(tài)，易產(chǎn)生淺層或深層滑動(dòng)，特別是強(qiáng)、中膨脹土區(qū)域原生和次生裂隙發(fā)育，裂隙的存在使沿裂隙面的強(qiáng)度較完整土體大大降低，所以膨脹土的判定正確有利于在開挖中針對(duì)性地采取措施，避免施工過程中造成滑坡。

在設(shè)計(jì)地質(zhì)報(bào)告中對(duì)每段渠道膨脹土的類別一般都有判定，由于勘探設(shè)計(jì)的鉆孔數(shù)量及分布的原因，可能與施工時(shí)的地質(zhì)情況有所不同，所以在土方開挖時(shí)，根據(jù)開挖出的基面及時(shí)進(jìn)行地質(zhì)描述、土質(zhì)判定，必要時(shí)抽取有代表的土樣進(jìn)行復(fù)核判定膨脹土的膨脹性。

（三）控制土方開挖進(jìn)度

膨脹土地區(qū)渠道開挖進(jìn)度應(yīng)均衡進(jìn)行，與后續(xù)處理方案有合理的銜接，開挖一段處理一段，合理確定流水開挖作業(yè)長(zhǎng)度，均衡施工很重要?？稍诳拷乐行牟课幌刃虚_挖一部分，留有足夠的保護(hù)層，并盡量把開挖坡度放緩。南陽膨脹土試驗(yàn)段土方開挖分一級(jí)馬道以上、一級(jí)馬道以下和預(yù)留保護(hù)層開挖。邊坡采用臺(tái)階開挖方式，先對(duì)一級(jí)馬道以上開挖，完成后及時(shí)采取換填措施進(jìn)行處理，然后開挖一級(jí)馬道以下部分。考慮到膨脹土渠道邊坡安全性，馬道以上不換填不許進(jìn)行下一步開挖，換填之前開挖保護(hù)層。

另外，同一區(qū)段內(nèi)開挖宜同時(shí)平行下降。不能平行下挖時(shí)，則兩者高差不宜大于一個(gè)梯段。最大限度避免由于開挖進(jìn)度過快，后續(xù)渠坡?lián)Q填土處理措施跟不上造成的滑坡現(xiàn)象。

（四）雨季施工膨脹土防護(hù)

膨脹土渠段的開挖施工應(yīng)盡量避開雨季施工，膨脹土對(duì)于水很敏感，膨脹土的特性就是“濕漲干縮”，即遇水膨脹，失水收縮，所在的渠段容易引起滑坡，變形，沖刷垮塌。如開挖施工無法避開雨季時(shí)，應(yīng)有有效防止雨水沖刷邊坡和侵蝕渠底土壤防護(hù)措施，并避免遭受長(zhǎng)時(shí)間浸濕或充水。施工時(shí)在坡頂及開挖馬道上分級(jí)設(shè)置截、排水溝截排坡面雨水，必要時(shí)采用防雨布覆蓋。膨脹土渠道坡頂排水至關(guān)重要，應(yīng)盡量延長(zhǎng)坡頂防水材料的寬度，跨越坡頂縱向排水溝，截?cái)嘤晁马斎霛B通道。

通過組織技術(shù)交底和技術(shù)專題會(huì)議的方式讓承包人樹立起邊坡防護(hù)重要性的意識(shí)。在施工過程中，應(yīng)采取必要的措施，盡可能減少對(duì)開挖線以外保留坡體的影響和擾動(dòng)。邊坡不得超挖，膨脹土開挖接近基底設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)在其上部預(yù)留一定厚度的保護(hù)層，待下一工序開始前繼續(xù)挖除。開挖中注意檢查預(yù)留保護(hù)層的厚度是否符合要求。開挖后對(duì)坡面含水量進(jìn)行控制，不要造成含水量變化較大，渠段坡面應(yīng)及時(shí)進(jìn)行覆蓋保濕，保證渠坡?lián)Q填土結(jié)合面的質(zhì)量。

（五）排除膨脹土滑坡誘因

在施工過程中，要求采取必要的措施，盡可能減少對(duì)開挖線以外保留坡體的影響和擾動(dòng)。合理堆放棄土，堆土?xí)黾忧律系暮奢d和側(cè)向應(yīng)力，還會(huì)形成積水下滲，合理規(guī)劃施工臨時(shí)道路，盡量減少施工重型車輛的干擾。

開挖前宜先按施工圖紙的要求開挖并完成邊坡上部截水溝的施工，開挖過程中的排水要暢通，以防止雨水漫流沖刷邊坡。邊坡開挖應(yīng)隨時(shí)做成一定的坡勢(shì)，避免邊坡穩(wěn)定范圍內(nèi)形成積水。及時(shí)排除開挖時(shí)出現(xiàn)的地下水，及時(shí)排除坡底積水，保證干地作業(yè)，保護(hù)邊坡坡腳的穩(wěn)定。開挖時(shí)如出現(xiàn)地下水，及時(shí)組織建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工單位會(huì)商協(xié)調(diào)，拿出處理意見。雨季施工時(shí)應(yīng)密切關(guān)注上層滯水的變化,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

一級(jí)馬道以上的砌體防護(hù)措施施工時(shí)，應(yīng)注意施工順序，必須先從坡腳排水溝開始施工，從下到上。排水溝分段開挖，開挖一段砌筑一段，每個(gè)施工段不宜過長(zhǎng)，避免開挖卸荷造成坡面滑動(dòng)?；炷烈r砌坡腳齒槽開挖同排水溝開挖要求，開挖一段澆筑一段。

四、膨脹土區(qū)段施工建議

一是膨脹土地區(qū)渠道開挖盡量避開雨季，開挖過程中如遇到雨天，應(yīng)采取覆蓋措施并及時(shí)抽排積水；二是配置地質(zhì)工程師，重視膨脹土渠段水文地質(zhì)復(fù)核，及時(shí)進(jìn)行編錄，特別注意存在上層滯水豐富和裂隙發(fā)育連續(xù)渠段施工防護(hù)；三是嚴(yán)防存在軟弱帶渠段邊坡堆土。合理規(guī)劃施工臨時(shí)道路，減少施工重型車輛的擾動(dòng)；四是重視渠坡穩(wěn)定性預(yù)報(bào)，通過渠道施工過程中埋設(shè)的水壓力計(jì)、含水量、位移計(jì)觀測(cè)和平時(shí)現(xiàn)場(chǎng)查勘，盡量做好渠坡滑坡穩(wěn)定性的預(yù)報(bào)；五是采用換填措施處理的渠坡，施工工期安排要充分考慮沉降穩(wěn)定期。

五、結(jié)束語

通過在南陽膨脹土試驗(yàn)段的監(jiān)理工作，深刻體會(huì)到了膨脹土在渠道工程中可能存在的危害性，特別是膨脹土的淺層和深層滑坡無論發(fā)生在施工過程還是投入運(yùn)行后危害都很大。而且這種滑坡一般出現(xiàn)在開挖過程的后期，有的更是出現(xiàn)在膨脹土渠坡?lián)Q填處理措施實(shí)施后，所以，為保證施工過程均衡開挖，盡量維持開挖后土力平衡狀態(tài)，防止開挖坡面含水率發(fā)生較大變化，施工單位合理安排施工組織計(jì)劃，監(jiān)理機(jī)構(gòu)加強(qiáng)過程管理尤為重要。

[1]劉特洪.工程建設(shè)中的膨脹土問題[M].北京：中國工業(yè)建筑出版社，1997.

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[3]趙 旻.南水北調(diào)中線工程南陽膨脹土裂隙的再認(rèn)識(shí)[J].資源環(huán)境與工程，2009（10）.