南水北調(diào)中線SG3標(biāo)膨脹土施工技術(shù)

王小坡

（河北省水利工程局，石家莊050021）

1 概述

膨脹土是一種含一定數(shù)量親水礦物質(zhì)（蒙脫石、伊利石、高嶺石或混層結(jié)構(gòu)），且隨著環(huán)境的干濕循環(huán)變化而具有顯著的干燥收縮、吸水膨脹和強(qiáng)度衰減的粘性土。在進(jìn)行土方開(kāi)挖和保護(hù)層開(kāi)挖過(guò)程中，需采取與常規(guī)土方開(kāi)挖不同的方法，本文結(jié)合南水北調(diào)中線SG3標(biāo)工程實(shí)例論述粘性土換填膨脹土地基在工程當(dāng)中的應(yīng)用。

南水北調(diào)中線干線總干渠樁號(hào)61+168～62+005、62+505～64+625、65+455～66+235為中等膨脹土渠段，67+505～67+966為弱膨脹土渠段，以上渠段需要對(duì)地基采取換填粘性土處理。

2 渠道膨脹土開(kāi)挖及換填

2.1 膨脹土開(kāi)挖

（1）本標(biāo)段膨脹土渠段經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘,施工范圍內(nèi)無(wú)地下水。

（2）開(kāi)挖時(shí)，渠坡、渠底中強(qiáng)膨脹土預(yù)留50cm保護(hù)層、弱膨脹土預(yù)留30cm保護(hù)層，施工前將渠底保護(hù)層挖除及時(shí)驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后及時(shí)回填，渠坡保護(hù)層在換填過(guò)程中隨回填隨開(kāi)蹬挖除。

（3）采用1m3挖掘機(jī)倒退法自上而下進(jìn)行開(kāi)挖，分段長(zhǎng)度150～200m，分層厚度3～5m，自卸汽車運(yùn)輸至棄土場(chǎng)，推土機(jī)推平。對(duì)同一斷面、同一開(kāi)挖層，由中間向左右兩岸開(kāi)挖，以利于層間排水，且隨時(shí)做成一定坡勢(shì)，以利排水。為防止降雨形成地表徑流沖刷邊坡，開(kāi)挖渠段的渠道兩側(cè)結(jié)合永久截留溝開(kāi)挖施工排水溝，有效截?cái)嗟乇韽搅?，避免沖刷邊坡。

（4）渠坡、渠底中強(qiáng)膨脹土預(yù)留50cm保護(hù)層、弱膨脹土預(yù)留30cm保護(hù)層，待下道工序開(kāi)工前人工配合挖掘機(jī)清除保護(hù)層。在測(cè)量人員的指揮下，用挖掘機(jī)在坡面上每隔10m開(kāi)挖出樣槽，由有經(jīng)驗(yàn)的挖掘機(jī)司機(jī)按樣槽進(jìn)行保護(hù)層開(kāi)挖，挖掘機(jī)開(kāi)挖方向垂直于渠道軸線，由上而下順坡開(kāi)挖，土料攏集于坡下后，裝車運(yùn)至指定地點(diǎn)。開(kāi)挖時(shí)距離建基面預(yù)留5～10cm的薄土層，該薄土層開(kāi)挖前將挖掘機(jī)斗齒前焊接一塊厚約20mm的鋼板作為“刮板”，長(zhǎng)度同挖掘機(jī)斗寬，寬度約15cm，前緣與斗齒齊平，開(kāi)挖方向垂直于渠道軸線，沿坡長(zhǎng)自上而下將預(yù)留的薄土層刮除，人工用平頭鐵鍬將坡面遺留的松土清除并攏堆，在坡面上釘木樁，每5m作為一個(gè)斷面，按坡度放樣，在樁位上固定尼龍線，人工對(duì)坡面進(jìn)行適當(dāng)整理，直至坡面符合規(guī)范要求。

（5）由于渠道膨脹土換填段比較長(zhǎng)且新建建筑物較多，因此在這些交叉物之間，渠道右側(cè)設(shè)置進(jìn)場(chǎng)道路，路寬7m，坡度10%。

膨脹土開(kāi)挖流程見(jiàn)圖1。

2.2 土方換填施工方法和程序

2.2.1 施工準(zhǔn)備和土料試驗(yàn)

（1）根據(jù)已知基點(diǎn)測(cè)設(shè)渠基換填基線，并引樁到渠基范圍以外。

（2）直段每100m，平曲段處每50m或更小，測(cè)設(shè)施工樣架。

（3）開(kāi)工前對(duì)料場(chǎng)進(jìn)行復(fù)查，然后對(duì)土料進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，取得土料的自由膨脹率、粘粒含量、塑性指數(shù)等物理試驗(yàn)資料，進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，取得最優(yōu)含水量、最大干密度參數(shù)。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)取得的參數(shù)對(duì)用于換填的土料在開(kāi)工前進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。

（4）選擇碾壓機(jī)械的類型，確定鋪土厚度、碾壓遍數(shù)等施工參數(shù)。

2.2.2 土料運(yùn)輸和鋪料

換填土料利用合格開(kāi)挖土，本著低土低用、高土高用、近土先用、遠(yuǎn)土后用的原則進(jìn)行挖填土方調(diào)配，采用流水作業(yè)的施工方法分段施工。作業(yè)面100～200m，作業(yè)面分層統(tǒng)一鋪土、統(tǒng)一夯實(shí)，推土機(jī)配合人工平土，設(shè)計(jì)邊線外側(cè)超填30cm，最后削坡成型。鋪料作業(yè)采用自卸汽車卸料，推土機(jī)平料，并確保以下幾點(diǎn)要求：

（1）按設(shè)計(jì)要求將合格土料鋪至規(guī)定部位，使用推土機(jī)平料。

（2）采用進(jìn)占法施工。

（3）通過(guò)碾壓試驗(yàn)確定鋪料厚度30cm，土料粒徑小于等于15cm。

（4）采用XSM220型振動(dòng)碾靜壓2遍、振動(dòng)碾壓6遍，最優(yōu)含水量控制在15.7%左右，現(xiàn)場(chǎng)控制干密度為1.72g/cm3。

（5）為保證碾壓質(zhì)量，防止雨水沖刷，在設(shè)計(jì)邊線外側(cè)超填一定余量，機(jī)械鋪料余量為30cm。

2.2.3 換填作業(yè)面布置

（1）保證干場(chǎng)作業(yè)，隨換填層上升高度，逐層將渠坡保護(hù)層開(kāi)蹬挖除。

（2）換土施工由底至高分層攤鋪碾壓上升。為防止擾動(dòng)渠底建基面。渠道換填前，先換填渠底5～6層（換填2m）/2～3層（換填1m），然后分層換填渠坡并預(yù)留30cm余量，鋪料采用進(jìn)占法，推土機(jī)配合人工平整，振動(dòng)碾碾壓待渠坡?lián)Q填完畢后，再利用渠坡削坡土將渠底填筑設(shè)計(jì)換填高程。每層攤鋪前，采用推土機(jī)在坡面上推出寬度不小于30cm高度為1層土料松鋪厚度的小臺(tái)階（開(kāi)蹬），以保證土體結(jié)合。

（3）為增加邊坡?lián)Q土層穩(wěn)定性，斜層攤鋪碾壓自渠道中心向渠坡中心向渠坡傾斜坡度2%～3%，并對(duì)渠坡基土逐層開(kāi)凳鋪土碾壓，壓實(shí)度不小于0.98。

（4）分段作業(yè)面100～200m。

（5）作業(yè)面分層統(tǒng)一鋪土、統(tǒng)一碾壓，整平使用推土機(jī)，避免出現(xiàn)界溝。

（6）已鋪土料表面在壓實(shí)前被曬干時(shí)灑水濕潤(rùn)。

（7）若發(fā)現(xiàn)局部“彈簧土”、層間光面、層間中空、松土層或剪切破壞等質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，及時(shí)翻松重新碾壓或挖除重新鋪土碾壓，并經(jīng)檢驗(yàn)合格后鋪填新土。

（8）施工過(guò)程中保證觀測(cè)設(shè)備的埋設(shè)安裝和測(cè)量工作的正常進(jìn)行，保護(hù)觀測(cè)設(shè)備和測(cè)量標(biāo)志完好。

（9）渠基換填完畢后，作整坡壓實(shí)及削坡處理。

2.2.4 壓實(shí)作業(yè)時(shí)要求

（1）分段填筑，各段設(shè)立標(biāo)志，以防漏壓、欠壓和過(guò)壓。上下層的分段接縫位置錯(cuò)開(kāi)。

（2）碾壓機(jī)械行走方向平行于堤軸線。

（3）分段、分片碾壓，分段處留有1∶5的斜坡，搭接處的密實(shí)度一致，相鄰作業(yè)面的搭接碾壓寬度，平行堤軸線方向不小于0.5m；垂直堤軸線方向不小于3m。

（4）振動(dòng)碾壓實(shí)作業(yè)，采用進(jìn)退錯(cuò)距法，碾跡搭壓寬度大于30cm。

（5）機(jī)械碾壓時(shí)控制行車速度，控制在2km/h以內(nèi)。

（6）機(jī)械碾壓不到的部位，輔以輕型夯實(shí)機(jī)具夯實(shí)，夯實(shí)時(shí)采用連環(huán)套打法，夯跡雙向套壓，夯壓夯1/3，行壓行1/3；分段、分片夯實(shí)時(shí)，夯跡搭壓寬度不小于1/3夯徑。

（7）每一填土層按規(guī)定的施工參數(shù)施工完畢后，經(jīng)監(jiān)理單位檢查合格后繼續(xù)鋪筑上一層。

（8）用振動(dòng)碾碾壓粘性土填筑層，在新層鋪料前，對(duì)壓光層面進(jìn)行刨毛處理，刨毛深度2～3cm。

2.2.5 已完成換填段保護(hù)

（1）堤頂做擋土土埝，每100m在外坡設(shè)置排水溝，用塑料布做防沖層。

（2）小心看護(hù)防止人為破壞。

3 施工當(dāng)中的難點(diǎn)及控制重點(diǎn)

由于膨脹土具有干燥收縮、吸水膨脹、強(qiáng)度衰減、易失穩(wěn)滑坡等特性，因此控制膨脹土渠段如何控制膨脹土基礎(chǔ)面處于相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境中，防止膨脹土基礎(chǔ)面的含水量發(fā)生較大變化，造成土體強(qiáng)度衰減、失穩(wěn)滑坡是膨脹土渠段施工當(dāng)中的難點(diǎn)和控制重點(diǎn)。

3.1 膨脹土開(kāi)挖保證措施

開(kāi)工前，認(rèn)真排好施工進(jìn)度計(jì)劃，合理安排開(kāi)挖與填筑施工的各工序，工序緊密銜接。開(kāi)挖完成后，基礎(chǔ)面及時(shí)驗(yàn)收，及時(shí)進(jìn)行回填，防止開(kāi)挖面長(zhǎng)時(shí)間暴露于空氣中引起開(kāi)裂。另外及時(shí)收聽(tīng)天氣預(yù)報(bào)，遇陰雨天氣，提前做好已開(kāi)挖面的保護(hù)，防止雨水浸泡土體引起失穩(wěn)滑坡。開(kāi)挖前，認(rèn)真熟悉施工圖紙、施工技術(shù)要求等施工要求。首先進(jìn)行施工放樣，撒白灰標(biāo)識(shí)開(kāi)挖線，白灰線距永久邊坡邊線1m；再進(jìn)行機(jī)械開(kāi)挖，在機(jī)械開(kāi)挖過(guò)程中測(cè)量隨時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)控制坡比和保護(hù)層厚度，防止超挖造成保護(hù)層厚度不足。在進(jìn)行保護(hù)層開(kāi)挖時(shí)由渠坡到渠底進(jìn)行開(kāi)挖，測(cè)量先復(fù)測(cè)預(yù)留保護(hù)層厚度并放樁掛線，再進(jìn)行機(jī)械配合人工開(kāi)挖。

3.2 土方換填保證措施

換填前將渠坡上雜物、大塊等清除干凈，基礎(chǔ)面驗(yàn)收合格后，嚴(yán)格按碾壓試驗(yàn)所確定的參數(shù)進(jìn)行施工，控制好土料來(lái)源和鋪土厚度。在進(jìn)行下層土鋪土做業(yè)前，渠坡進(jìn)行開(kāi)蹬與換填土體有效結(jié)合，換填土結(jié)合面進(jìn)行刨毛和灑水濕潤(rùn)。每層回填土經(jīng)試驗(yàn)合格后再進(jìn)行下一層施工。如果檢驗(yàn)不合格，再次進(jìn)行碾壓，直到檢驗(yàn)合格后才能進(jìn)行下一道工序。

3.3 換填段保護(hù)措施

（1）雨天不進(jìn)行換填作業(yè)，雨前及時(shí)碾壓，對(duì)于不能碾壓的及時(shí)平整并用塑料布做防沖層，防止雨水入滲。開(kāi)挖基坑外側(cè)設(shè)排水溝防止雨水匯入基坑。

（2）冬季來(lái)臨前，對(duì)于開(kāi)挖未能進(jìn)行換填的，開(kāi)挖時(shí)按設(shè)計(jì)斷面預(yù)留50cm保護(hù)層，防止換填基礎(chǔ)面出現(xiàn)凍土現(xiàn)象，待冬季過(guò)后再進(jìn)行保護(hù)層開(kāi)挖；對(duì)于已換填未能進(jìn)行襯砌的，換填按設(shè)計(jì)斷面預(yù)留30cm保護(hù)層并換填到渠頂，防止襯砌基礎(chǔ)面出現(xiàn)凍土，待冬季過(guò)后開(kāi)挖保護(hù)層進(jìn)行襯砌。對(duì)于未能換填至渠頂?shù)?，冬季?lái)臨前覆蓋50cm保護(hù)層，防止未換填到渠頂?shù)膿Q填基礎(chǔ)面出現(xiàn)凍土。

4 結(jié)語(yǔ)

換填法是最環(huán)保、最有效的方法之一。在整個(gè)施工過(guò)程中，每道工序銜接緊湊，防止出現(xiàn)土體失水而不合格或遇水膨脹失穩(wěn)滑坡等現(xiàn)象。尤其在開(kāi)蹬過(guò)程中，隨開(kāi)蹬隨鋪土，避免新鮮的膨脹土長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中。

［1］GBJ 112—87，膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.南水北調(diào)中線一期工程總干渠河北省邯邢段主體工程施工技術(shù)要求［R］.2010.

［3］長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司.南水北調(diào)中線一期工程總干渠渠道膨脹土處理施工技術(shù)要求（NSBD-ZXJ-2-01）［R］.2010.