集中路拌法改性膨脹土工程實踐

曹向明，馬榮輝

（1.解放軍理工大學(xué)，南京210007；2.湖北省南水北調(diào)管理局，湖北武漢430062）

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集中路拌法改性膨脹土工程實踐

曹向明1，2，馬榮輝2

（1.解放軍理工大學(xué)，南京210007；2.湖北省南水北調(diào)管理局，湖北武漢430062）

摘要：膨脹土問題一直是巖土工程界的熱點問題。為探究又好又快處理膨脹土的方法，文章結(jié)合南水北調(diào)中線一期引江濟漢工程建設(shè)，介紹了進行膨脹土改性處理時應(yīng)用的集中路拌法施工工藝及過程。結(jié)果表明，該方法可以保證施工質(zhì)量，縮短工期，并節(jié)省投資。

關(guān)鍵詞：膨脹土；水泥；集中路拌法

膨脹土在我國多個?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)）均有廣泛分布。它具有“三性”：脹縮性、裂隙性和超固結(jié)性，遇水膨脹軟化、失水收縮干裂，是一種典型的非飽和災(zāi)害性土［1］，會給工程建設(shè)造成危害。在膨脹土分布區(qū)的工程建設(shè)中，建筑物或邊坡所產(chǎn)生的變形破壞作用，往往具有長期潛在危險的特點［2］，特別是渠系等水利工程，因膨脹土脹縮變形而造成渠坡失穩(wěn)、地基變形的現(xiàn)象比比皆是，影響了工程效益的發(fā)揮。

1　項目概況

引江濟漢工程是南水北調(diào)中線一期漢江中下游四項治理工程之一，是新中國成立以來開挖最長的人工運河。工程全長67.23km，渠道設(shè)計引水流量350m3/s，最大引水流量500m3/s，同時具有通航功能，為限制性三級航道，船閘級別為1000t級，通水及通航工程總投資近百億元。工程的主要任務(wù)是向漢江興隆以下河段（含東荊河）補充因南水北調(diào)中線調(diào)水而減少的水量，同時改善該河段的生態(tài)、灌溉、供水條件，縮短長江荊州段至漢江潛江段航程600多km，對促進湖北省經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和漢江中下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境修復(fù)、改善具有重要意義。工程涉及湖北省的荊州市、荊門市沙洋縣和潛江市等三個市縣。從太湖港至西荊河（渠道樁號：7 +400～55 +800）為崗波狀、垅崗狀平原地貌，屬于長江、漢江的二級階地，堆積物為Q3老粘土。該地域為膨脹土分布區(qū)，中等膨脹性渠段長12.4km，占該段總長的26%；弱膨脹性土30.1km，占該段總長的63.2%［3］。膨脹土問題是引江濟漢工程的關(guān)鍵技術(shù)問題之一，采取可靠、經(jīng)濟、適合本地區(qū)膨脹土特點的工程處理方式是解決問題的核心［4］，因此必須研究提出膨脹土渠坡的具體處理方案，進而指導(dǎo)施工［5］。因工程沿線非膨脹土料源缺乏，故對膨脹土進行改性處理，作為回填料用于回填勢在必行。

2　相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗

目前，國內(nèi)外主要采用石灰、粉煤灰、水泥等材料對膨脹土進行改性處理，即將上述材料按一定比例摻入膨脹土土料中，改善其性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，使其喪失膨脹潛能，提高土體強度和承載能力［6］。改性處理的施工方法主要有路拌法和廠拌法。

2.1 路拌法

近年來，隨著交通建設(shè)的快速發(fā)展，交通部門對膨脹土的改性研究較多，但基本上是采用摻石灰、粉煤灰對膨脹土進行拌和改性，以減少其吸水性和膨脹性，繼而提高其強度和水穩(wěn)定性［7］。對膨脹土改性的施工方法也大都采用路拌法，即采用人工或利用機械在路上（路槽中）或施工沿線就地拌和混合料的施工方法。

2.2 廠拌法

南水北調(diào)工程是大型輸水工程和生態(tài)工程，考慮到因大量應(yīng)用石灰等可能會對水質(zhì)產(chǎn)生影響，因此在膨脹土改性材料的選擇上，采用水泥對膨脹土進行拌和改性。

在這方面，南水北調(diào)中線干線工程進行了相關(guān)研究并取得了一些成果。中線干線全長1432km，涉及到膨脹土（巖）累計長度約386.8km［8］。為研究膨脹土渠坡的處理方案，相關(guān)單位在中線河南南陽市臥龍區(qū)靳崗鄉(xiāng)進行了現(xiàn)場試驗，為優(yōu)化設(shè)計和指導(dǎo)施工提供依據(jù)。通過試驗，形成了一系列技術(shù)成果，并在后續(xù)全面施工中廣泛應(yīng)用，基本解決了明渠輸水工程膨脹土邊坡的處理問題。對膨脹土改性的施工方法也大都采用廠拌法，即建設(shè)固定的拌和工廠，以拌制混合料作為回填料源。

3　集中路拌法

3.1 施工方法比選

引江濟漢工程是南水北調(diào)中線工程的一個單項工程，其膨脹土處理借鑒了中線干線工程的相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗。通過借鑒和現(xiàn)場試驗，確定了引江濟漢工程弱、中膨脹土混合土料摻加4%的水泥（P.O42.5普通硅酸鹽水泥，下同），中膨脹土土料摻加6%的水泥這一方案進行膨脹土處理。在施工方法上，通過實踐對比了應(yīng)用廠拌法和路拌法的優(yōu)劣，如表1所示。

表1　施工方法對比表

為確保引江濟漢工程的建設(shè)質(zhì)量，投資不超概算，并如期實現(xiàn)通水通航的進度目標(biāo)，經(jīng)多次現(xiàn)場試驗論證，吸取廠拌法和路拌法各自的優(yōu)點，形成了集中路拌法，并在后續(xù)施工中廣泛應(yīng)用。即集中在某一區(qū)域?qū)ν亮虾退噙M行拌和，將膨脹土改性成符合要求的回填料源。作業(yè)區(qū)域一般選擇在靠近渠坡填筑面的渠底集中進行，以減少運距。

3.2 主要施工工藝及過程

（1）鋪料及碎土

為保證土料破碎后能翻耕到位，土料攤鋪厚度一般為30cm。用拌和機在鋪灑水泥之前來回翻耕進行碎土。來回行走采用錯距法，至土料粒徑達到要求。

（2）摻灑水泥

對土料進行含水量測定，計算確定水泥改性土施工配合比。在碎好的作業(yè)面上用石灰打上1m× 1m的方格網(wǎng)，后將水泥均勻堆放于各方格內(nèi)，再將其均勻灑布，做到水泥不堆積、不留空擋、厚薄均勻。

（3）土料拌制及運輸

用拌和機在已鋪灑水泥的作業(yè)面來回翻耕3～4遍，使水泥均勻性及自由膨脹率均達到回填要求。改性土可以使用車輛將其運到待填筑部位。在具體施工過程中，也有的使用長臂反鏟挖掘機將已拌和好的土料從渠底挖提至渠坡填筑面，此方法能進一步增強拌和效果。

（4）攤鋪及碾壓

改性土運至換填部位后采用推土機攤鋪，并輔以人工整平。為保證碾壓機械的工作面，確保邊角壓實度，鋪土邊線在水平距離上要進行超填，對1∶2的邊坡，為保證設(shè)計邊坡的密實性和碾壓設(shè)備的行走安全，超填寬度需要1.0m。在鋪料過程中，嚴(yán)格按照土方回填碾壓試驗確定的參數(shù)控制松鋪厚度。

采用20t光輪振動碾或凸塊碾進行碾壓，嚴(yán)格控制壓實參數(shù)，按照試驗確定的遍數(shù)進行壓實，一般碾壓8遍，碾壓行車速度不大于2km/h，采用進退錯距法進行碾壓，錯距為輪寬的1 /3；碾壓結(jié)束后，采用環(huán)刀法取樣檢測壓實度，合格后進行下一層的填筑，并按要求檢測壓實后土體的膨脹性。

（5）結(jié)合面刨毛

為保證每一填筑層之間的良好結(jié)合，在壓實檢驗合格后，下一層填筑前對上一層填筑表面進行刨毛處理。刨毛采用刨毛機進行刨毛施工，刨毛深度10～20mm。對填筑面進料運輸線路上散落的松土、雜物以及車輛行駛、人工踩踏、內(nèi)平臺形成的干硬光面，應(yīng)于鋪土前徹底清除，必要時灑水濕潤。

（6）削坡及養(yǎng)護

超填土開挖后，驗收建基面之前，需要對坡面進行削坡處理。由于改性土強度較高，無法直接利用人工削坡，若用挖掘機削坡則容易發(fā)生大塊剝落現(xiàn)象，故先用松土機松動保護層。同時，借鑒中線干線施工經(jīng)驗，在挖掘機料斗前緣焊鋼板，將松動后的保護層刮到渠底運走。

因本工程水泥改性土回填高度較大，需要分多層施工，故在下層施工完畢后不需要進行單獨養(yǎng)護，依靠上層施工的覆土進行養(yǎng)護。若施工無法連續(xù)時，采用覆蓋土工布灑水養(yǎng)護。雨天停止施工，已鋪好的改性土應(yīng)盡快碾壓密實，并用塑料雨布遮蓋進行防護。

3.3 優(yōu)點

應(yīng)用集中路拌法比路拌法提高了施工質(zhì)量，又基本克服了廠拌法前期投入大、工作效率低等不利因素，具有以下優(yōu)點：

（1）減少了臨時征地。若采用廠拌法，每個拌和廠至少需要占地面積2萬m2才便于生產(chǎn)、管理和運輸。引江濟漢工程共有10個標(biāo)段需要進行膨脹土處理。采用了集中路拌法，至少可以減少臨時占地20萬m2。此外，引江濟漢工程穿越的江漢平原是重要的農(nóng)產(chǎn)品基地。廠拌法使用的水泥材料，影響了拌和廠區(qū)的土質(zhì)，即使工程結(jié)束退還臨時占地，對后續(xù)復(fù)墾、生產(chǎn)恢復(fù)將會有很大的影響。

（2）提高了工作效率。若采用廠拌法，因建設(shè)拌和廠前期投入大，每個標(biāo)段施工單位出于成本考慮，基本上都只會建設(shè)一個拌和廠。而集中路拌法需要的僅為諸如拌和機、振動碾、推土機、反鏟挖掘機等常用工程機械和人工，只要開挖成形，施工作業(yè)面就可以“全線開花”，能組織平行施工和流水施工，大大節(jié)約了工期。

（3）節(jié)省了工程投資。據(jù)實際測算，采用廠拌法處理膨脹土綜合單價約140元/m3，還不含前期建設(shè)拌和廠投資；采用集中路拌法處理膨脹土綜合單價約120元/m3。引江濟漢工程全線采用集中路拌法施工共處理約100萬方膨脹土，較全部采用廠拌法處理，能節(jié)約工程投資約2000萬元。

4　結(jié)論及建議

集中路拌法也存在一些缺點，主要是施工質(zhì)量受人為因素影響較多，質(zhì)量控制難度較大，比如碎土的粒徑、水泥撒布的均勻度、土料與水泥的拌和均勻度等不好控制。但在改性土施工過程中，只要做到參建各方如建管、監(jiān)理、質(zhì)監(jiān)及設(shè)計等單位有關(guān)人員在各作業(yè)面加強現(xiàn)場質(zhì)量管理，且施工現(xiàn)場嚴(yán)格落實截流、排水、防護措施，就能最終達到技術(shù)要求?？梢姂?yīng)用集中路拌法進行膨脹土改性施工在引江濟漢工程建設(shè)中是可行的。

另外，鑒于膨脹土問題是巖土工程界的“癌癥”，當(dāng)今國內(nèi)外工程地質(zhì)領(lǐng)域尚未找到妥善解決的辦法，渠坡穩(wěn)定也具有明顯的時間效益［8］，故其工程處理效果需要后期進行監(jiān)控，防止出現(xiàn)工程事故。再加上引江濟漢工程建成通水后開放式的運行管理狀況，以及工程沿線分布著大大小小的水系、溝渠、魚塘等，對處理的膨脹土渠道邊坡的整體穩(wěn)定可能造成影響，特別是豐水季節(jié)，有些漫水均是順著渠坡直排入渠，這些都對工程提出了考驗。因此，在工程運行管理期間，加強監(jiān)測和巡查，并制定針對性措施是非常必要的。

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作者簡介：曹向明（1982年—），男，工程師。

收稿日期：2015-10-15

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.034

中圖分類號：TV541

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）02-0091-03