南水北調(diào)中線南陽(yáng)段工程水泥改性土施工探析

□張攀輝（洛陽(yáng)水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司）

□于晉軻（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

1.工程概況

南水北調(diào)中線委托河南省建設(shè)管理的南陽(yáng)段工程共分4個(gè)設(shè)計(jì)單元，包括南陽(yáng)膨脹土試驗(yàn)段、白河倒虹吸、南陽(yáng)市段和方城段工程，總長(zhǎng)97.62 km，其中膨脹土段渠段共70.52 km，約占南陽(yáng)段總長(zhǎng)的72.2%。南陽(yáng)段工程布置各類(lèi)建筑物176座，其中南陽(yáng)市段69座、方城段102座、膨脹土試驗(yàn)段2座，白河倒虹吸工程及其控制閘、退水閘。南陽(yáng)段批復(fù)概算總投資95.26億元，主要合同工程量：土石方開(kāi)挖約5270萬(wàn)m3，土石方填筑約2717萬(wàn)m3、混凝土約196萬(wàn)m3。工程共分為18個(gè)土建施工標(biāo)，施工合同總額49.2億元，合同工期30個(gè)月。

2.工程特點(diǎn)

南陽(yáng)段工程地處南陽(yáng)盆地，位于陶岔渠首至沙河南段，除具有南水北調(diào)中線工程一般特性外，南陽(yáng)段工程具有以下顯著特點(diǎn)：

2.1 戰(zhàn)線長(zhǎng)、工期緊、任務(wù)重

南陽(yáng)段工程全長(zhǎng)97.62 km，涉及南陽(yáng)市2個(gè)縣、3個(gè)區(qū)、20個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)116個(gè)行政村。由于膨脹土處理方案遲遲不能確定等原因，初步設(shè)計(jì)批復(fù)時(shí)間是2010年10月15日，其中強(qiáng)膨脹土段和中膨脹渠段設(shè)計(jì)變更方案于2011年8月底批復(fù)。經(jīng)多方努力，南陽(yáng)段工程于2011年3月全面開(kāi)工，是中線工程開(kāi)工最晚的渠段，合同工期30個(gè)月，較初設(shè)批復(fù)工期壓縮3-4個(gè)月，工期十分緊張。

2.2 水泥改性土換填工程量大，施工強(qiáng)度高

南陽(yáng)段工程膨脹土渠段長(zhǎng)度70.52 km，占明渠總長(zhǎng)78.5%。膨脹土含有較多強(qiáng)親水性礦物質(zhì)，強(qiáng)度受土體含水量和結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度的控制，一旦含水量發(fā)生變化土體迅速膨脹變形和開(kāi)裂。如處理不好，會(huì)導(dǎo)致局部渠坡淺層邊坡失穩(wěn)和深層滑動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象，影響渠坡穩(wěn)定性和建筑物安全，給施工帶來(lái)極大的技術(shù)難度。膨脹土試驗(yàn)段在施工和試驗(yàn)期間，先后發(fā)生6處大的滑坡。按照批復(fù)方案，膨脹土處理設(shè)計(jì)方案多為換填水泥改性土，對(duì)強(qiáng)膨脹土段和中膨脹渠段深挖段還需設(shè)置抗滑樁，挖深7～15 m中膨脹渠段是否設(shè)置抗滑樁仍需進(jìn)一步研究。在招標(biāo)完成后施工圖階段，由于處理方案的變化，水泥改性土換填工程量由招標(biāo)階段的570萬(wàn)m3增加到目前的990萬(wàn)m3，水泥改性土換填工程量大、施工強(qiáng)度高，對(duì)施工組織和管理帶來(lái)一定困難。

3.水泥改性土施工進(jìn)展情況

南陽(yáng)段涉及水泥改性土施工的共16個(gè)標(biāo)段，換填總量約990萬(wàn)m3。目前，共安裝改性土拌和站33座，所有標(biāo)段均已完成水泥改性土生產(chǎn)性試驗(yàn)，16個(gè)標(biāo)段已開(kāi)始水泥改性土施工（10個(gè)標(biāo)段已開(kāi)始抗滑樁施工，已完成50962 m），已填筑完成265.06萬(wàn)m3，占總換填量的26.8%。

4.水泥改性土施工存在問(wèn)題及對(duì)策

從目前情況看，水泥改性土換填和土方填筑施工已成為制約整個(gè)南陽(yáng)段工程進(jìn)展的主要問(wèn)題，如不抓緊妥善解決，可能對(duì)整個(gè)工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)造成大的影響。要解決這一難題，除要求施工單位加大資源投入、監(jiān)理單位加強(qiáng)過(guò)程控制外，對(duì)一些客觀存在的技術(shù)問(wèn)題也需要實(shí)事求是的加以分析，采取綜合措施，齊心協(xié)力加以解決。從南陽(yáng)段現(xiàn)場(chǎng)施工情況看，主要存在以下問(wèn)題：

4.1 碎土效率低

從南陽(yáng)段水泥改性土施工情況看，改性土拌和站的實(shí)際生產(chǎn)能力僅能達(dá)到設(shè)備能力的50%左右。主要原因是土料含水率高、粘粒含量大導(dǎo)致碎土效率低。同時(shí)，將土料含水量降至適宜工序繁復(fù)、周期長(zhǎng)，不能滿(mǎn)足施工強(qiáng)度要求，施工成本增加較多。

針對(duì)南陽(yáng)段土料含水率普遍較高、粘粒含量大的實(shí)際情況，為提高碎土效率，采取了以下措施：

土料場(chǎng)內(nèi)加強(qiáng)排水，提前進(jìn)行翻曬；有條件的在工作面利用旋耕耙等設(shè)備翻曬、碎土，必要時(shí)，擬征用臨時(shí)土料晾曬場(chǎng)地。增加碎土機(jī)數(shù)量，提前碎土覆蓋儲(chǔ)存?zhèn)溆谩＝梃b淅川6標(biāo)經(jīng)驗(yàn)，擬對(duì)碎土機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。鑒于改性土拌和站的實(shí)際生產(chǎn)能力僅能達(dá)到設(shè)備能力的50%左右、路拌機(jī)對(duì)土料含水率適應(yīng)性好且碎土效果好，建議允許采用路拌機(jī)路拌法作為水泥改性土場(chǎng)拌法施工的輔助。路拌法須經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)并加強(qiáng)過(guò)程控制，保證施工質(zhì)量。

4.2 水泥實(shí)際摻量大

在水泥和土料摻拌過(guò)程中，水泥的流量相對(duì)穩(wěn)定，而土料的來(lái)量由于土料粘性大導(dǎo)致結(jié)塊等原因而導(dǎo)致相對(duì)不穩(wěn)定，實(shí)測(cè)成品料水泥含量EDTA滴定檢測(cè)值一般大于摻定值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，檢測(cè)平均值大于摻定值約12%～20%。如南陽(yáng)市段2標(biāo)EDTA滴定檢測(cè)水泥含量最小值5.2%，最大值6.7%，平均值5.6%。平均值5.6%較設(shè)定摻量5%大12%。

建議允許按實(shí)際水泥摻量調(diào)整換填單價(jià)。

4.3 “金包銀”方案

南陽(yáng)段半挖半填渠段地面以上設(shè)計(jì)為中間填弱膨脹土、外側(cè)填水泥改性土的“金包銀”方案，要求“金包銀”填筑同步上升。按此要求，需待渠道開(kāi)挖至設(shè)計(jì)斷面后方可進(jìn)行水泥改性土換填施工，水泥改性土填筑到原地面時(shí)，填方部分的弱膨脹土才可與改性土填筑同步施工。同步填筑要求占?jí)簻p少了渠道工作面、增加了渠道開(kāi)挖可利用土料二次轉(zhuǎn)運(yùn)工程量，客觀上造成當(dāng)前土方填筑作業(yè)面少，相當(dāng)一部分渠段土方填筑施工強(qiáng)度達(dá)不到計(jì)劃要求。

建議在質(zhì)量受控條件下研究地面以下?lián)Q填和地面以上土方填筑同步施工的可行性。

4.4 “過(guò)壓”問(wèn)題

南陽(yáng)段渠道設(shè)計(jì)邊坡分別為1：2、1:2.5、1:3和1:3.5，垂直換填厚度分別為1 m、1.2 m、1.5 m和2 m。渠道換填水泥改性土?xí)r，按設(shè)計(jì)超填寬度≥30㎝的要求，則相應(yīng)的水平換填寬度約為2.9～8.4 m。目前，20T凸塊振動(dòng)碾的碾子寬度普遍為 2.2 m，碾壓施工過(guò)程存在“過(guò)壓”問(wèn)題（施工技術(shù)規(guī)定要求碾跡重疊≥20㎝），增加了質(zhì)量控制的難度。

4.5 “余料”問(wèn)題

按《南水北調(diào)中線一期工程總干渠渠道水泥改性土施工技術(shù)規(guī)定》（NSBD-ZGJ-1-37）的要求：改性土鋪料時(shí)需超填，超填土料宜按照1:1.5坡比放坡，頂部超填寬度≥30㎝。經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，削坡量達(dá)設(shè)計(jì)填筑量的20%以上，削坡“余料”量很大。按設(shè)計(jì)要求，“余料”可用在一級(jí)馬道以上渠坡、坡頂防水層、建筑物地基處理?yè)Q填層、公路橋梁引道路基等次要部位回填。但在實(shí)際施工過(guò)程中，由于削坡與次要部位回填需求不同期或次要部位回填量小，將有相當(dāng)量的“余料”要棄掉，增加工程成本和用地。

建議對(duì)“余料”使用部位要求進(jìn)一步細(xì)化、明確，盡可能降低工程成本。

4.6 一排三覆蓋

鑒于膨脹土和水泥改性土的特性，為保證水泥改性土施工的進(jìn)度和質(zhì)量，在取土場(chǎng)設(shè)置通暢的排水系統(tǒng)以最大程度地減少降雨對(duì)土料含水量的影響非常必要。同時(shí)，已精削坡待填筑的渠坡的及時(shí)覆蓋、原土與已碎土儲(chǔ)料的覆蓋及水泥改性土中斷施工時(shí)填筑面的覆蓋，也至關(guān)重要。

建議對(duì)排水、覆蓋投入成本較大的標(biāo)段，根據(jù)具體情況給予適當(dāng)補(bǔ)償。

4.7 交流與引導(dǎo)

在南陽(yáng)段改性土施工過(guò)程中，建管和監(jiān)理注重組織了內(nèi)部和外部的現(xiàn)場(chǎng)觀摩、交流和學(xué)習(xí)，取得了較好的效果。同時(shí)，為規(guī)范水泥改性土生產(chǎn)性試驗(yàn)及成果的總結(jié)，建管處特聘專(zhuān)家編寫(xiě)了“關(guān)于水泥改性土試驗(yàn)報(bào)告的建議”，引導(dǎo)施工單位加強(qiáng)水泥改性土相關(guān)技術(shù)要求的學(xué)習(xí)，提高了水泥改性土生產(chǎn)性試驗(yàn)及成果總結(jié)質(zhì)量，有力地推動(dòng)了水泥改性土施工進(jìn)度。