砂性土用于渠道填筑的施工工藝和質(zhì)量控制要點(diǎn)

王亞蘭 李新尉

摘要： 過(guò)去砂性土用于水庫(kù)大壩、河道堤防填筑的范例比較多，但砂性土用于渠道填筑并不多，特別是南水北調(diào)工程是第一次。砂性土料又分為粉細(xì)砂、中細(xì)砂、中粗砂、砂礫料四種，不同砂性土料其施工工藝、施工技術(shù)參數(shù)各不相同。南水北調(diào)中線京石段工程共有三處渠道砂性土填筑，即：S3標(biāo)滹沱河段、S12標(biāo)大砂河段、S19標(biāo)唐河段。砂性土選用中細(xì)砂，現(xiàn)將S19標(biāo)唐河段渠道砂性土填筑的施工工藝和質(zhì)量控制要點(diǎn)淺述如下。

關(guān) 鍵 詞： 南水北調(diào)中線砂性土渠道填筑

中圖分類(lèi)號(hào)： TV732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

Abstract： The past sandy soil used for reservoir dam, river embankment filling paradigm more, but sandy soil for the channel filling is not much, especially the South-to-North Water Transfer Project is the first. Sandy soil is divided into fine sand, fine sand, coarse sand, gravel in four kinds of different sandy soil, its construction technology, construction technology parameters vary. : Mid-route of South-to-North Water Transfer Project Engineering there are three channel sand filling, namely: S3, S12 standard Hutuo River Sand River, S19 Tang river. Sand in the selection of fine sand, now S19 standard Tang River channel sand filling construction technology and quality control points of the following:

Key Words：Middle route of South-to-North Water Transfer Project; Sandy soil; Channel filling.

1工程概況

1.1工程基本情況

S19標(biāo)砂性土填筑段位于南水北調(diào)中線京石段總干渠309+390～312+790段，全長(zhǎng)3.4km。渠底寬度為15m，渠道深為7m，縱向比降為1/25000，渠道內(nèi)外邊坡比為1：3，渠口寬度65m。左側(cè)堤頂為5m寬泥結(jié)石路面，右側(cè)堤頂為5m寬瀝青混凝土路面，渠底縱向設(shè)三道無(wú)砂混凝土排水管，間隔300～400m設(shè)橫向匯水管與集水井相連，集水井處設(shè)排水泵站。該段共設(shè)9座排水泵站，其作用是排除渠底因地下水和渠道滲漏水，防止渠道在冬季不行水時(shí)產(chǎn)生凍脹破壞。渠道外坡左右側(cè)設(shè)8m寬綠化帶，綠化帶外邊沿設(shè)有截流溝和隔離網(wǎng)欄（南水北調(diào)中線工程全線全封閉）。詳細(xì)渠道結(jié)構(gòu)布置尺寸見(jiàn)附圖。

1.2工程地質(zhì)和環(huán)境情況

該渠段上游309+260處設(shè)有村交通橋，地面高程為76.2m，本填筑段地面平均高程為69.4m，高差為6.8m。交通橋與本填筑起點(diǎn)相距130m，原地貌為斜坡相接，本工程上游段左右側(cè)設(shè)一級(jí)馬道和防洪堤，一級(jí)馬道與本渠段堤頂相接，本填筑段的下游與唐河倒虹吸相接。本填筑段為唐河多年古河床，屬村民河灘地，地表以下為1m左右粉細(xì)砂，2～4m左右為細(xì)砂，4～7m左右為中細(xì)砂或中粗砂，7m以下為砂礫石，砂層分布不均勻，除河灘地以外，方圓10km以?xún)?nèi)，即地面高程為76.2m的地質(zhì)情況經(jīng)勘察，粘土層只有1～2m左右，分布也不均勻。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該渠段左側(cè)渠堤填筑高度為5.6m，右側(cè)渠堤填筑高度為3.7m，3.4km渠道填筑總方量約70萬(wàn)m3，若采用粘土回填按1.5m取土深度，共需征用約700畝農(nóng)田。

1.3砂性土填筑方案使用的理由

該渠段若用粘土填筑需征用農(nóng)田700畝，這樣做一是增加了征地費(fèi)用，二是取走了粘土、外露了砂土，使這700畝農(nóng)田砂漠化，不利于環(huán)境保護(hù)。在距該填筑區(qū)10km以外的曲陽(yáng)縣的南邊有粘土層超過(guò)3m的粘土料場(chǎng)，但要利用定州到曲陽(yáng)段的公路為運(yùn)輸線，而定曲公路本身車(chē)流量大，交通部門(mén)不允許，而且增加了運(yùn)距，從而加大了工程投資。經(jīng)中線局和國(guó)調(diào)辦專(zhuān)家會(huì)同設(shè)計(jì)單位反復(fù)研究決定，采用就地取材，利用渠道開(kāi)挖的砂性土進(jìn)行渠堤填筑。

2砂性土填筑施工工藝

任何填筑施工的質(zhì)量控制都是檢測(cè)填筑的密實(shí)度，砂性土填筑其密實(shí)度與砂料顆粒級(jí)配混合均勻度、虛鋪厚度、含水率、碾壓機(jī)械類(lèi)型、碾壓遍數(shù)等參數(shù)有關(guān)，因此，在正式填筑前，必須做砂料的擊實(shí)試驗(yàn)和填筑碾壓試驗(yàn)，以確定砂料的最大干密度、最優(yōu)含水率和施工參數(shù)。

2.1砂料擊實(shí)試驗(yàn)

擊實(shí)試驗(yàn)砂樣的采集，直接影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)有效性，為了比較分析，盡可能反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采集三批試樣送檢，第一批為現(xiàn)場(chǎng)312+100處，采取豎直混合砂料，其最大干密度為1.76g/m3、最小干密度為1.50g/m3；采樣里程為310+100，最大干密度為1.75g/m3、最小干密度為1.46g/m3。第二批為碾壓試驗(yàn)場(chǎng)取樣，分別取用了第一、第二、第三層已填筑好的砂樣，采用單點(diǎn)法取樣，其中第一層最大干密度1.82g/m3，最小干密度1.47g/m3；第二層最大最大干密度1.86g/m3，最小干密度1.5g/m3；第三層最大干密度1.83g/m3，最小干密度1.43g/m3。第三批取樣采用試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)多點(diǎn)法，取樣時(shí)每份樣品在碾壓現(xiàn)場(chǎng)的每層各個(gè)部位取5個(gè)砂樣進(jìn)行混合，試驗(yàn)結(jié)果是：最大干密度從一層至六層順序是1.81g/m3、1.80g/m3、1.78g/m3、1.80g/m3、1.84g/m3、1.81g/m3，最小干密度分別為1.35g/m3、1.36g/m3、1.25g/m3、1.31g/m3、1.38g/m3、1.32g/m3。三批擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)相差較大，說(shuō)明填筑區(qū)域內(nèi)砂料差異很大。為了真實(shí)地反映砂料情況，后來(lái)又每100m取一組試樣，進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，并在填筑過(guò)程中分段對(duì)比使用。

2.2碾壓試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)經(jīng)過(guò)

為了取砂料方便，試驗(yàn)場(chǎng)地選擇在渠道右側(cè)311+125支槽橋右岸，試驗(yàn)長(zhǎng)度50m。寬度26m，場(chǎng)地相對(duì)平整。試驗(yàn)用砂性土上料取用渠道開(kāi)挖砂料，試驗(yàn)填筑用水選用距填筑面約50m水井取水。試驗(yàn)用機(jī)械挖掘機(jī)、20m3自卸汽車(chē)、20t光面壓路機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)等。試驗(yàn)用檢測(cè)設(shè)備：感量為0.01g天平稱(chēng)一臺(tái)、稱(chēng)重為30kg感量為10g天平稱(chēng)一臺(tái)，灌砂筒一套，稱(chēng)量200g感量0.1g天平稱(chēng)一臺(tái)、鉛盒若干、取樣環(huán)刀3個(gè)、99%酒精若干。試驗(yàn)程序：基礎(chǔ)處理→測(cè)量放樣→砂料挖運(yùn)→料場(chǎng)拌合→填筑面上料→人工配合機(jī)械整平→灑水→檢測(cè)含水量→機(jī)械碾壓→密實(shí)度檢測(cè)→鋪設(shè)土工格柵。試驗(yàn)?zāi)康拇_定填筑程序、工藝和施工參數(shù)。

(2)試驗(yàn)結(jié)果

確定的填筑程序和試驗(yàn)程序相同，確定的工藝參數(shù)：基礎(chǔ)處理用人工配合推土機(jī)、砂性土料采用挖掘機(jī)開(kāi)挖、20m3自卸汽車(chē)運(yùn)輸，料場(chǎng)拌合采用裝載機(jī)拌合，拌合場(chǎng)至填筑面砂性土料運(yùn)輸采用裝載機(jī)，填筑面采用人工配合裝載機(jī)整平，人工灑水，20t光面壓路機(jī)壓實(shí)，人工鋪設(shè)土工格柵。每層砂性土虛鋪厚度為40cm，虛鋪超寬2.4m，如下圖：灑水量每立方米砂性土料灑水1.2t（探坑查看，以滲入下層10cm為宜），碾壓遍數(shù)為靜壓2遍、振動(dòng)碾壓6遍，輪跡搭接30～50cm，行車(chē)速度控制在30m/min以?xún)?nèi)，砂料松鋪系數(shù)為1.253，細(xì)度模數(shù)為1.3以上。

2.3渠堤填筑施工工藝

(1)基礎(chǔ)處理：根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求渠堤基礎(chǔ)必須用推土機(jī)將30cm 表層土清理干凈，人工配合機(jī)械整平，將基礎(chǔ)面上的雜物清除，然后用壓路機(jī)碾壓4～6遍，其相對(duì)密度為：基礎(chǔ)面30cm為土基，相對(duì)密度不低于0.85，基礎(chǔ)面30cm為砂基，相對(duì)密度不低于0.75。堤基清理完成后，報(bào)監(jiān)理組織設(shè)計(jì)、業(yè)主、施工單位進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)收，驗(yàn)收通過(guò)后，進(jìn)行下一道工序。

(2)測(cè)量放線：以渠道中線為基準(zhǔn)線，以填筑高度和坡比測(cè)算填筑寬度，再加上超填寬度，用全站儀測(cè)定渠堤軸線（即堤中心線）。經(jīng)試驗(yàn)確定，每層砂性土邊沿有90cm寬度壓路機(jī)不能行走，有坍陷現(xiàn)象，為了坡面密實(shí)超填30cm，又因坡比較緩（1：3），需加寬1.2m，共計(jì)一邊需超寬2.4m。每層碾壓完成后，都要根據(jù)坡比、填層高度、以及超寬測(cè)放填筑面邊線。

(3)填筑段布置：該段砂性土渠堤填筑長(zhǎng)度為3.4km，分左右兩側(cè)同時(shí)填筑，為了加快施工進(jìn)度，方便車(chē)輛運(yùn)輸，將3.4km渠堤填筑分成8個(gè)填筑段，每段400～500m，段與段之間預(yù)留10～12m施工通道，方便施工車(chē)輛通行，具體布置見(jiàn)下圖：

渠道左右兩側(cè)各有8m寬綠化帶，可以做砂料拌合場(chǎng)，兼做施工車(chē)輛通道。每個(gè)填筑段兩端以1：3的斜面填筑，該斜面為上料通道，考慮車(chē)輛在砂性土斜面行走困難，可用粘土或砂礫料鋪設(shè)40cm并壓實(shí)。每段填筑成型后，將斜面粘土或砂礫料清除利用刷坡料補(bǔ)填段與段的空隙。由于用水量很大，在每個(gè)填筑段左右側(cè)適當(dāng)位置打一眼水井，全段共打井16眼。

(4)砂性土開(kāi)挖運(yùn)輸：采用大型挖掘機(jī)開(kāi)挖裝車(chē)，大型自卸汽車(chē)運(yùn)輸，由于本區(qū)段表層為粉細(xì)砂料，不能用于填筑，必須清除運(yùn)往棄土場(chǎng)，再將可用砂性土表面清理干凈后，采用豎向開(kāi)挖方法，進(jìn)行后退式開(kāi)挖，利用自卸車(chē)運(yùn)往拌料場(chǎng)進(jìn)行拌合。

由于該段渠道開(kāi)挖深度平均為3.3m左右，對(duì)一般挖掘機(jī)來(lái)說(shuō)在地面位置對(duì)渠底部位的砂料無(wú)法清理，在粉細(xì)砂清除后在砂料位置給裝車(chē)造成困難。解決的辦法：一是換用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)，二是將粉細(xì)砂清除一段后，制作跑箱，將自卸車(chē)開(kāi)到砂料面上裝車(chē)。

一個(gè)填筑段成型后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行機(jī)械削坡，用挖掘機(jī)自上而下將坡面多余的砂料堆放于渠底兩側(cè)。由于成型渠底多為中細(xì)砂基礎(chǔ)，自卸車(chē)無(wú)法行走，我們采用的方法是：利用表層含泥量大的粉細(xì)砂在渠底中心線上鋪筑10m寬的道路，采用倒退式裝車(chē)，待所有坡面清理完畢后，再將渠底粉細(xì)砂清除。

(5)砂性土拌制：雖然渠道中的砂料采用豎向開(kāi)挖，由于地質(zhì)比較復(fù)雜，中砂和細(xì)砂分布不均勻，因此開(kāi)挖的砂料必須經(jīng)裝載機(jī)充分拌合均勻后才能上填筑面。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，6個(gè)填筑層密實(shí)度差異較大，分析原因，砂料不均勻性是主要原因。在砂料充分拌合均勻后，還應(yīng)檢測(cè)其細(xì)度模數(shù)，若細(xì)度模數(shù)低于1.2的砂料太細(xì)，且含泥量也較高，灑水后會(huì)出現(xiàn)液化現(xiàn)象，影響填筑質(zhì)量，不宜使用。

(6)上料與攤鋪：由于每層填筑面上鋪有土工格柵，車(chē)輛不能直接行駛，又因自卸車(chē)重量大，車(chē)輪接觸面較小，容易沉陷，因此，從拌合場(chǎng)到填筑面的上料宜采用裝載機(jī)，并從填筑段兩端采用前進(jìn)式上料，邊上料邊攤鋪，最后人工整平。

在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著填筑層的升高，裝載機(jī)在填筑面松散的砂料上行駛比較困難，上料效率比較低，在實(shí)際填筑過(guò)程中，采用了在填筑面上安置跑箱和在渠堤外側(cè)利用長(zhǎng)臂大挖斗挖掘機(jī)上料，基本解決了上料困難的問(wèn)題。

(7)砂料灑水：砂料上好后用人工配合裝載機(jī)整平，在填筑邊線外用水準(zhǔn)儀測(cè)定虛鋪厚度。灑水采用機(jī)井水抽入蓄水池，再用水泵抽至填筑面，用人工手持水管一次性將砂料濕透的方法。為避免水沖刷造成填筑面的不平，由人工掌握水管進(jìn)行小范圍頻繁移動(dòng)，直至挖探坑檢查水滲至下層填筑面以下10cm為止。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算。需水量折合每立方米砂料平均為1.2t，灑水量還應(yīng)根據(jù)砂料天然含水量和細(xì)度模數(shù)等因素略作調(diào)整。否則會(huì)出現(xiàn)填筑面上局部液化現(xiàn)象。

(8)碾壓密實(shí)和密實(shí)度檢測(cè)：待灑水完成后立即進(jìn)行碾壓，碾壓采用20t光面壓路機(jī)先靜壓2遍，行測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，我們邀請(qǐng)了河北省水科院檢測(cè)中心進(jìn)場(chǎng)抽檢，并在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室留人現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督指導(dǎo)。檢測(cè)方法為灌砂法，相對(duì)密實(shí)度大于0.75。

(9)土工格柵鋪設(shè)：砂性土填筑中使用土工格柵，可以增加砂體的穩(wěn)定性，預(yù)防砂體沉陷。土工格柵應(yīng)選用高密度聚乙烯（HDPE）單向拉伸土工格柵，要求每延米拉伸屈服力≥80KN/m，土工格柵鋪設(shè)層距為40cm，土工格柵應(yīng)垂直于堤軸線方向鋪展、繃緊，避免扭曲或坑洼，長(zhǎng)度按設(shè)計(jì)要求裁制，土工格柵宜用寬幅，選用寬度不小于2m，土工格柵不宜拼接縫，確需接縫應(yīng)采用搭接，搭接至少一個(gè)方格，并用細(xì)尼龍繩在連接處綁扎牢固。土工格柵在填筑面上用“U”型釘定位，“U”型釘呈梅花型布置，間距為1m。填筑碾壓時(shí)不得發(fā)生位移。

3砂性土填筑質(zhì)量控制要點(diǎn)

砂性土填筑的質(zhì)量控制目標(biāo)是填筑體的密實(shí)度，而影響填筑體密實(shí)度有：砂料細(xì)度模數(shù)、拌合均勻性、灑水量和灑水均勻性，填筑層虛鋪厚度，碾壓遍數(shù)，碾壓機(jī)械行車(chē)速度等因素。在填筑施工中應(yīng)重點(diǎn)加以控制。

3.1砂料細(xì)度模數(shù)控制：

在填筑施工中應(yīng)加強(qiáng)細(xì)度模數(shù)的檢測(cè)，為了準(zhǔn)確控制砂料質(zhì)量，應(yīng)在開(kāi)挖面和拌合場(chǎng)同時(shí)檢測(cè)砂料的細(xì)度模數(shù)，杜絕細(xì)度模數(shù)1.3以下的砂料上堤填筑。

3.2砂料拌合均勻性控制：

在填筑施工中應(yīng)多設(shè)幾個(gè)砂料拌合場(chǎng)，砂料應(yīng)充分拌合均勻，以滿(mǎn)足填筑進(jìn)度需要，未拌合均勻或未經(jīng)拌合的砂料禁止上堤填筑。

3.3灑水量和灑水均勻性控制：

砂料的灑水量和均勻性直接影響填筑體的碾壓密實(shí)度，在填筑過(guò)程中應(yīng)設(shè)專(zhuān)人灑水，并根據(jù)檢測(cè)細(xì)度模數(shù)值隨時(shí)調(diào)整灑水量。灑水完成后應(yīng)多挖幾個(gè)探坑檢測(cè)其灑水量和灑水均勻性。

3.4虛鋪厚度和超寬控制：

每層上料之前應(yīng)測(cè)定堤軸線，以軸線測(cè)定虛鋪寬度，并以白灰定線，虛鋪厚度用水準(zhǔn)儀測(cè)定，沿填筑邊線兩側(cè)堤軸線方向每20m設(shè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)可用砂堆或鋼筋棍控制。

3.5碾壓遍數(shù)和行車(chē)速度控制：

每層砂料的碾壓遍數(shù)必須按試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行，不得減少或遺漏，行車(chē)速度必須嚴(yán)格控制在30m/min以?xún)?nèi)，否則密實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)束語(yǔ)

S19標(biāo)3.km渠堤砂性土填筑于2007年9月份開(kāi)始，11月份填筑完成，2008年2月份對(duì)該段渠堤進(jìn)行了沉降位移觀測(cè)，最大沉降為3～8mm，沒(méi)有產(chǎn)生位移。3月份開(kāi)始渠道內(nèi)坡混凝土襯砌，4月底襯砌完成，5月至7月進(jìn)行渠堤外坡混凝土襯砌。2008年9月18日南水北調(diào)中線京石段總干渠正式向北京送水，經(jīng)過(guò)8個(gè)月的輸水，該段渠道無(wú)任何變化，沒(méi)有發(fā)生沉降和位移，也未發(fā)生滲漏水現(xiàn)象，事實(shí)證明，砂性土用于渠堤填筑可行。

附圖

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