膨脹土渠道開挖與防護(hù)施工技術(shù)

■郭紅軍 ■中鐵十三局集團(tuán)第六工程有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130031

1 工程概況

南水北調(diào)中線一期總干渠陶岔渠首至沙河南段工程淅川－3標(biāo)段位于河南省淅川縣和鄧州市，渠道長(zhǎng)6.64km，過水?dāng)嗝娌捎锰菪螖嗝妗Ｇ涝O(shè)計(jì)水深8.0m，渠道底寬19.0m。渠道開挖分為全挖方，半填半挖，挖方段最大開挖深度16.4m，土方開挖量353萬(wàn)m3，全部為膨脹土。

2 膨脹土特性

膨脹土是一種具有特殊性質(zhì)的土，它遇水膨脹，失水收縮，膨脹土體內(nèi)經(jīng)常還存在天然形成的蠟狀裂隙滑面。在膨脹土基礎(chǔ)上修筑工程，工程常遭破壞，而且這種破壞常常具有反復(fù)性和長(zhǎng)期性。由于膨脹土具有很高的粘聚性，當(dāng)含水量較大時(shí)，一經(jīng)施工機(jī)械攪動(dòng)，將粘結(jié)成塑性很高的巨大團(tuán)塊，很難晾干。隨著水分的逐漸散失，土塊的可塑性降低，由于粘聚性的繼續(xù)作用，土塊的力學(xué)強(qiáng)度逐步增大，從而使土塊堅(jiān)硬，難以擊碎、壓實(shí)。因此如果含水量高的膨脹土直接用作路基填料，將會(huì)增加施工難度，延長(zhǎng)工期并且質(zhì)量難以保證。因此，膨脹土問題被稱之為“地質(zhì)癌癥”，是工程界世界性的技術(shù)難題之一。

表1 膨脹土現(xiàn)場(chǎng)判別標(biāo)準(zhǔn)

3 膨脹土開挖施工工法

3.1 膨脹土渠道土方開挖

(1)在渠道開挖過程中，必須采取有效防護(hù)措施減少大氣環(huán)境的影響，分層、分段開挖，一次工作面開展不宜過大，分段長(zhǎng)度宜為150～200m。

(2)膨脹土渠坡開挖與坡面防護(hù)分級(jí)跟進(jìn)作業(yè)，本級(jí)邊坡開挖完成后及時(shí)進(jìn)行邊坡防護(hù)處理，單極邊坡防護(hù)自下而上進(jìn)行。在上一級(jí)邊坡處理完成之前，嚴(yán)禁下一級(jí)邊坡開挖。各級(jí)馬道縱向排水溝應(yīng)采用分段快速作業(yè)，方式在砌石聯(lián)拱施工前完成。

(3)土方開挖按照從上到下分層分段一次進(jìn)行，開挖層一次不宜超過3.0m，嚴(yán)禁采用掏根法挖土或?qū)⑵旅嫱诔煞雌?。?duì)同一個(gè)斷面、同一開挖層，由中間向渠道兩側(cè)開挖。同一區(qū)段內(nèi)開挖應(yīng)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)臺(tái)階。

(4)膨脹土渠道土方開挖應(yīng)按設(shè)計(jì)開挖輪廓線預(yù)留保護(hù)層，保護(hù)層厚度應(yīng)根據(jù)不同渠段的地質(zhì)條件確定，建議弱膨脹土預(yù)留保護(hù)層厚度不小于30cm，中、強(qiáng)膨脹土預(yù)留保護(hù)層厚度不小于50cm。

(5)對(duì)于中強(qiáng)膨脹土，在渠道設(shè)計(jì)開挖斷面輪廓的坡腳處宜預(yù)留土墩，土墩寬度(底板寬度方向)2m，高度2m，土墩邊坡與開挖輪廓設(shè)計(jì)邊坡相同。

(6)渠坡馬道縱向排水溝施工應(yīng)分段或跳槽施工，隨挖隨筑，嚴(yán)禁一次開挖到位后久置，溝槽開挖完成到砌筑并回填密實(shí)的時(shí)間間隔不應(yīng)超過4h。分段長(zhǎng)度一般控制在10－20m范圍內(nèi)?？v向排水溝砌筑進(jìn)度不得滯后開挖5m。當(dāng)天開挖部分應(yīng)全部砌筑完成，不得拖至第二天。下雨期間不得進(jìn)行縱向排水溝施工。

3.2 保護(hù)層開挖與削坡

(1)保護(hù)層開挖應(yīng)在換填土填筑施工或一級(jí)馬道以上弱膨脹土進(jìn)行坡面防護(hù)施工前進(jìn)行，保護(hù)層開挖應(yīng)集中力量快速施工，盡量縮短建基面暴露時(shí)間，保護(hù)層開挖完成后應(yīng)立即組織后續(xù)項(xiàng)目施工。

(2)在開挖保護(hù)層削坡時(shí)，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)開挖輪廓進(jìn)行定樁、掛線;掛線時(shí)必須將線拉緊，盡可能保持坡面平整。

4 膨脹土防護(hù)施工工法

4.1 渠道改性土防護(hù)施工工藝

結(jié)合本工程特點(diǎn)以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范。擬采用水泥改性土防護(hù)進(jìn)行膨脹土開挖后的防護(hù)處理。

改性土施工前，對(duì)左岸截流溝進(jìn)行施工，保證渠頂以上部分不積水，附近農(nóng)田雨水順利通過截流溝排走。分段對(duì)改性土運(yùn)輸路線進(jìn)行規(guī)劃，保證施工過程中改性土順利運(yùn)至填筑作業(yè)面。改性土填筑避開雨天施工，渠道開挖施工前，對(duì)穿越工程場(chǎng)地的地表地下水采取截排措施，保證作業(yè)面干地施工。對(duì)于渠底及邊坡出水段，填筑時(shí)采用集中埋管引排水的方式，保證作業(yè)面干地施工。對(duì)于填方部分，弱膨脹土與改性土同層填筑。

4.2 保護(hù)層削坡

對(duì)于改性土分離式施工部分，改性土鋪筑前，先對(duì)邊坡保護(hù)層進(jìn)行削除，削坡至設(shè)計(jì)線。經(jīng)四方聯(lián)合驗(yàn)收后方可填筑改性土。

4.3 水泥土運(yùn)輸

采用自卸車運(yùn)輸至填筑工作面，采用“進(jìn)占法”卸料，減少運(yùn)輸車輛對(duì)工作面的碾壓。必要時(shí)采用推土機(jī)推送。

4.4 攤鋪

攤鋪時(shí)水泥改性土的含水率高于最佳含水率1%～2%(3%水泥改性土為23.2% ～25.2%，4%水泥改性土為22.5% ～24.5%，5%水泥改性土為21.8%～23.8%)，用來(lái)補(bǔ)償在攤鋪及碾壓過程中的水分損失。

改性土鋪土厚度30cm±2cm，采用推土機(jī)鋪料和平土。為保證碾壓機(jī)械的工作面、確保邊角壓實(shí)度，鋪土邊線在水平面上超填，超填寬度﹥30cm。在攤鋪的同時(shí)，采用推土機(jī)在坡面上推出臺(tái)階以保證土體的結(jié)合，臺(tái)階高度與鋪土層厚相同，一般為30cm。臺(tái)階寬度根據(jù)坡比1∶m進(jìn)行計(jì)算。在鋪料過程中，嚴(yán)格按照碾壓試驗(yàn)的參數(shù)控制鋪料厚度，可用插釬檢測(cè)。

由于受天氣影響，建筑層表面風(fēng)干很快。為保證層間結(jié)合，在進(jìn)行上一層鋪土施工之前，對(duì)結(jié)合面進(jìn)行灑水。

4.5 碾壓

采用凸塊振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓。碾壓機(jī)械沿渠道軸線方向前進(jìn)、后退，一個(gè)來(lái)回按兩遍計(jì)，碾壓重疊不小于20cm，靜壓兩遍，動(dòng)壓十遍。碾壓速度控制在2km/h范圍內(nèi)。碾壓層間根據(jù)天氣和層面干燥情況，灑水濕潤(rùn)。對(duì)邊角接頭處大型機(jī)械碾壓不到、易漏壓的地帶，用人工采用蛙式打夯機(jī)進(jìn)行夯實(shí)。

若保護(hù)層剝離后不能及時(shí)進(jìn)行處理層施工，對(duì)開挖面進(jìn)行防曬保濕防護(hù)處理。

土料經(jīng)攤鋪、晾曬達(dá)到可上堤填筑要求后，若不能及時(shí)實(shí)施全部碾壓工序，必須先完成靜壓工藝，以防止水分變化。

壓實(shí)后振動(dòng)碾留下的凹凸碾印可不做處理，但如遇雨天時(shí)，必須及時(shí)覆蓋以防止表面積水。降雨時(shí)停止施工，已經(jīng)攤鋪的水泥土快速碾壓，封面并覆蓋。

每層填土完成碾壓后，在四小時(shí)內(nèi)完成質(zhì)量檢測(cè)，在6～8小時(shí)內(nèi)完成上層土覆蓋。如不能及時(shí)跟進(jìn)的，對(duì)建基面做好防雨和保濕等施工期的保護(hù)措施，并防止大型施工設(shè)備在其上行駛。

填筑時(shí)超填，超填土料按1∶1.5放坡，嚴(yán)格按照碾壓試驗(yàn)參數(shù)控制鋪料厚度。

水泥改性土換填過程中，從加水拌合到碾壓終了時(shí)間不超過4h。碾壓過程中如有彈簧土、松散土、起皮現(xiàn)象，及時(shí)翻開重新碾壓并檢測(cè)合格。

4.6 檢測(cè)

碾壓結(jié)束后，環(huán)刀法取樣檢測(cè)壓實(shí)度，檢測(cè)壓實(shí)度滿足≧98%并經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)后方可進(jìn)行下一層的填筑。

4.7 削坡

在換填完成后，人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行削坡。由有經(jīng)驗(yàn)的挖掘機(jī)操作人員按樣槽進(jìn)行削坡，削坡方向垂直于渠道軸線，由上至下順坡進(jìn)行。削坡時(shí)預(yù)留5～10cm的薄土層。預(yù)留的薄土層削坡時(shí)，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，寬度約為15cm，前緣與斗齒齊平，開挖方向垂直于渠道軸線，沿坡長(zhǎng)自上而下的將預(yù)留的薄土層刮除，人工用平頭鐵鍬將坡面遺留的松土清至挖掘機(jī)附近，隨“刮板”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，掛線后進(jìn)行釘樁加密，人工進(jìn)行坡面整理，直至坡面平整度和坡度符合規(guī)范要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

渠道開挖與防護(hù)施工工序繁多，使用機(jī)械較多，質(zhì)量控制較難。在施工過程中要結(jié)合不同地質(zhì)情況，對(duì)不同地質(zhì)土采用不同施工方法，為施工進(jìn)度提供便利，也為良好的施工質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)序過程中要掌握好時(shí)間、天氣情況、施工部位，對(duì)下一步施工做好準(zhǔn)備，使改性土回填做到及時(shí)、有序，確保施工質(zhì)量。

［1］堤防工程施工規(guī)范.SL 260－1998.

［2］水泥改性土施工技術(shù)規(guī)定.NSBD－ZGJ－1－37.

［3］渠道膨脹土處理施工技術(shù)要求.NSBD－ZXJ－2－01.

［4］渠道工程施工質(zhì)量評(píng)定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn).NSBD7－2007.

［5］南水北調(diào)中線一期總干渠陶岔渠首至沙河南段工程淅川段3標(biāo)施工組織設(shè)計(jì).