南水北調(diào)潮河段膨脹巖土及處理技術(shù)

(河南省水利水電學(xué)校， 河南 周口 466000)

南水北調(diào)潮河段膨脹巖土及處理技術(shù)

孟小瑞孟凡倉

(河南省水利水電學(xué)校， 河南 周口 466000)

南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南至黃河南段(委托建管項(xiàng)目)潮河段，設(shè)計樁號SH(3)133+380.8～SH(3)179+227.8，沿線地質(zhì)情況復(fù)雜多樣，針對施工過程中遇到的弱膨脹巖土渠基，采取了相應(yīng)的處理措施，處理效果顯著。

南水北調(diào)； 膨脹巖土； 處理措施

1 工程概況

南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南至黃河南段(委托建管項(xiàng)目)潮河段，設(shè)計樁號SH(3)133+380.8～SH(3)179+227.8，全段渠道地質(zhì)復(fù)雜，多處渠道底板位于黃土狀輕壤土中，具有輕微～中等濕陷性；多處渠道邊坡為粉砂、極細(xì)砂(Q4)可液化土層，屬輕微～中液化等級；對此兩種土采用了針對性的處理措施，達(dá)到了很好的效果。

但在多處挖方渠道邊坡中，存在軟弱膨脹泥巖土結(jié)構(gòu)土層。施工過程中因強(qiáng)夯、重夯對臨渠村莊建筑物產(chǎn)生不利影響，噪音擾民嚴(yán)重，造成村民阻工。該設(shè)計單元主要對膨脹巖土層不良地質(zhì)進(jìn)行有效的處理。

2 膨脹巖土處理技術(shù)

2.1 膨脹巖土的特性

膨脹巖土的特性主要是遇水膨脹、失水干縮、抗風(fēng)化能力差、抗剪強(qiáng)度低，渠坡穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生蠕動和滑坡，使渠道襯砌板遭到破壞，從而影響渠基穩(wěn)定。

2.2 膨脹巖土換填

針對潮河段現(xiàn)場復(fù)雜的地質(zhì)情況，渠基處理方式采用強(qiáng)夯、重夯、擠密土樁及換填處理。因強(qiáng)夯、重夯對周圍建筑物產(chǎn)生影響的渠段，地基處理變更為換填。對于渠道內(nèi)弱膨脹土段地基采取換填處理。

2.3 換填土料技術(shù)要求

2.3.1 自由膨脹率

施工前進(jìn)行換填土料的自由膨脹率試驗(yàn)，符合設(shè)計要求。

2.3.2 壓實(shí)度指標(biāo)

換填土料采用外調(diào)敬樓料場第1層中粉質(zhì)壤土，不需改性，直接填筑，壓實(shí)度不低于98%。

2.3.3 處理斷面邊坡比

膨脹巖土換填處理斷面與非換填處理斷面連接段施工臨時邊坡坡比不陡于1∶3。

3 膨脹巖土換填處理

3.1 防排水措施

由于膨脹巖的特性，正式開挖前，在開口線外側(cè)開挖臨時截流溝，防止地表水流入開挖作業(yè)面，減少對開挖邊坡的沖刷和侵蝕。臨時截流溝的布置盡量與渠道永久截流溝結(jié)合，并結(jié)合現(xiàn)場地形匯水條件布置向渠外排水通道。排水通道之間的截流溝底坡應(yīng)平順。因膨脹土遇水易失穩(wěn)，截流溝必須做好鋪砌及防滲漏處理。

3.2 膨脹巖土開挖

土方開挖按照從上到下分層分段依次進(jìn)行，一次工作面開挖不宜過大，分段長度150～200m左右，開挖層一次不宜超過3m。對同一斷面、同一開挖層來說，由中間同時向左右兩岸開挖，以利于層間排水。同一區(qū)段內(nèi)開挖面平行下降。開挖過程中預(yù)留保護(hù)層，保護(hù)層的厚度根據(jù)后續(xù)工程安排和土質(zhì)情況而定，根據(jù)設(shè)計技術(shù)要求，弱膨脹土渠段預(yù)留保護(hù)層厚度不少于50cm。

3.2.1 施工排水

渠道地下水采取設(shè)置導(dǎo)流明溝與降水相結(jié)合方法。在一期開挖中采用明挖臨時排水溝、導(dǎo)滲溝結(jié)合集水井的排水方式，二期開挖(保護(hù)層)對于地下水位高于渠底3m范圍內(nèi)的，沿渠道坡腳約1.0m部位采用開挖導(dǎo)流盲溝，導(dǎo)流盲溝每30～50m設(shè)一道橫向?qū)Я髅吓c縱向?qū)Я髅线B通，每間隔100～150m設(shè)置1口集水井。導(dǎo)流盲溝開挖完成后回填碎石，每個集水井配置一臺潛水泵抽排積水至渠道兩側(cè)截流溝。結(jié)合永久邊坡結(jié)構(gòu)排水系統(tǒng)布置坡面排水盲溝，必要時在渠道一級馬道上增設(shè)一排輕型井點(diǎn)進(jìn)行排水。

3.2.2 臨時防護(hù)

在開挖過程中，為減少大氣環(huán)境對渠道設(shè)計基面的影響，在建基面預(yù)留一定厚度的土層作為保護(hù)層。除預(yù)留保護(hù)層外，在降雨期、高邊坡地帶或保護(hù)層開挖完成后進(jìn)行換填施工前，必須進(jìn)行坡面的覆蓋防護(hù)。

覆蓋保護(hù)主要采取防雨布、塑料布等覆蓋。覆蓋時，采取上部膜壓下部膜的方法，相鄰塊的搭接不少于1.0m，用土袋壓蓋，要做到全面覆蓋不留死角，以減少大氣環(huán)境影響。坡頂?shù)姆雷o(hù)范圍較坡腳的防護(hù)范圍應(yīng)適當(dāng)加大，坡頂盡量覆蓋至周邊截流溝邊。

3.2.3 保護(hù)層開挖

保護(hù)層是為了保護(hù)建基面不受大氣環(huán)境的影響而臨時預(yù)留的土層。在進(jìn)行置換回填前，需分層開挖保護(hù)層至設(shè)計建基面。

渠道邊坡高度方向不大于4.0m分層，開挖一層、驗(yàn)收一層、回填一層，然后再開挖上層保護(hù)層，并采取有效保護(hù)已填土方質(zhì)量的保證措施，如上一層邊坡保護(hù)層開挖完成后，對污染的已填土料采用人工配合機(jī)械清理開挖，對清理開挖量大的部位先進(jìn)行補(bǔ)填，然后進(jìn)行上層的正常填筑施工。

3.3 土料換填

3.3.1 施工順序

主要分項(xiàng)工程施工順序：料區(qū)覆蓋層清除→土料開采運(yùn)輸→土料制備→(每4m高差作為一層預(yù)留保護(hù)層開挖，排水設(shè)施施工)攤鋪→碾壓→取樣檢測→(下一個4m高差預(yù)留保護(hù)層開挖，排水設(shè)施施工)攤鋪→碾壓→取樣檢測。

3.3.2 土料檢測

在施工前需對料場進(jìn)行復(fù)查，然后對土料進(jìn)行檢測。通過室內(nèi)試驗(yàn)，取得土料的自由膨脹率、黏粒含量、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)，進(jìn)行現(xiàn)場碾壓施工工藝試驗(yàn)，選擇碾壓機(jī)械的類型，選擇相應(yīng)的施工碾壓參數(shù)，如：鋪土厚度、碾壓遍數(shù)等。

3.3.3 料場覆蓋層清除

土料開采前，首先進(jìn)行料場的植被清理和表層土清除，采用推土機(jī)將各種樹根、雜草、垃圾等清除攏堆，裝載機(jī)裝車、自卸車運(yùn)輸至指定區(qū)域堆放。采用挖掘機(jī)開挖表層腐殖土、有機(jī)層，自卸車運(yùn)至指定的表層土堆放區(qū)堆放。

3.3.4 土料開采運(yùn)輸

土料開挖和運(yùn)輸采用挖掘機(jī)挖裝、自卸車運(yùn)輸。開挖前要對取土場進(jìn)行規(guī)劃，減少水土流失。在取土場周圍做好臨時排水溝，修好運(yùn)輸通道。

開采面盡量做到同層、齊頭并進(jìn)、彼此連通，不得隨意開展工作面。料區(qū)有積水時，應(yīng)分區(qū)開挖排水溝。根據(jù)料區(qū)的地勢、土層厚度、土質(zhì)及含水量情況，采取平面開采或立面開采方式。采用15t自卸運(yùn)輸車運(yùn)至填筑面附近備料場，待含水率調(diào)整至可控范圍，再用8t自卸運(yùn)輸車運(yùn)至填筑工作面，挖機(jī)整平，必要時可采用推土機(jī)向工作面推送土料。

3.3.5 土料制備

根據(jù)膨脹巖的特性，必須做到快速施工。為保持含水量均勻、消除大塊粒徑，開挖后運(yùn)輸至填筑面附近備料場，采用反鏟對土料進(jìn)行攏堆和翻松，對含水量偏低的土料進(jìn)行灑水調(diào)整，對含水量超標(biāo)的進(jìn)行翻松晾曬。確保含水量滿足要求，做到快速施工，及時覆蓋。

3.3.6 排水設(shè)施施工

按照設(shè)計通知及圖紙要求，地下水位低于渠底，視施工后開挖揭露情況增加排水設(shè)施。

a.φ150mm PVC軟式透水管。按設(shè)計要求測放出溝槽開挖邊線，采用小型挖掘機(jī)開挖，人工配合清至設(shè)計邊線，經(jīng)驗(yàn)收合格，在底部攤鋪粗砂墊層并夯實(shí)，其填筑厚度、相對密度等符合設(shè)計要求。軟式透水管與附件安裝及土工布包裹、捆扎驗(yàn)收合格后，及時回填溝槽。回填前清除溝槽雜物。分層對稱回填管身兩側(cè)，保證回填密實(shí)度符合設(shè)計要求。

b.φ150mm PVC波紋管安裝。溝槽開挖驗(yàn)收合格后，安裝PVC波紋管，驗(yàn)收合格后及時回填M7.5水泥砂漿，分層對稱回填管身兩側(cè)。

c. 排水網(wǎng)墊鋪設(shè)。利用渠坡削坡在坡面上設(shè)置的高程控制樁，按施工圖紙放出排水網(wǎng)墊鋪設(shè)的控制線。排水網(wǎng)墊鋪設(shè)時，沿渠道軸線方向、渠坡自下而上順序鋪設(shè)，嚴(yán)禁直接踩踏鋪設(shè)完畢的排水網(wǎng)墊。鋪設(shè)好后，采用排水網(wǎng)U形釘固定。

排水網(wǎng)墊在鋪設(shè)過程中，根據(jù)裂隙發(fā)育及地下水的出露情況，調(diào)整排水方案或調(diào)整鋪設(shè)間隔的距離。排水網(wǎng)墊要伸入渠坡縱向集水暗管粗砂墊層10cm。

d. 土料運(yùn)輸攤鋪。土料運(yùn)輸采用挖掘機(jī)裝料、自卸車運(yùn)輸?shù)姆绞健Ｒ话悴捎眠M(jìn)占法鋪料，推土機(jī)攤鋪壓平。對于安裝透水管周邊部位，采用人工進(jìn)行攤鋪。為保證碾壓機(jī)械的工作面、確保邊角壓實(shí)度，鋪土邊線在水平距離上要進(jìn)行超填。在每層攤鋪前，采用推土機(jī)在坡面上推出小臺階以保證土體的結(jié)合。在鋪料過程中，嚴(yán)格按照碾壓試驗(yàn)確定的參數(shù)控制。為保證層間結(jié)合，在鋪料過程中需要進(jìn)行層間灑水。

e. 碾壓。采用碾壓試驗(yàn)選取的機(jī)械進(jìn)行碾壓，一般采用凸塊振動碾。透水管周邊部位，采用人工手持電動夯夯實(shí)。碾壓遍數(shù)按照碾壓試驗(yàn)參數(shù)控制。碾壓結(jié)束后取樣檢測壓實(shí)度，合格后進(jìn)行下一層的填筑。

f. 質(zhì)量檢驗(yàn)。質(zhì)量檢測采用環(huán)刀法取樣，測定干密度值。取樣部位應(yīng)有代表性，且應(yīng)在面上均勻分布，不得隨意挑選，在壓實(shí)層厚的下部1/3處取樣，若下部1/3的厚度不足環(huán)刀高度時，以環(huán)刀底面達(dá)下層頂面時環(huán)刀取滿土樣為準(zhǔn)，填筑土料的壓實(shí)度不小于98%。

g. 削坡。在換填完成后，人工配合挖掘機(jī)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。

土料攏集于坡下后，裝車運(yùn)至臨時堆放場，經(jīng)加水、破碎后可以重新利用。削坡時應(yīng)預(yù)留5～10cm的薄土層，在下道工序施工前再削除。預(yù)留的薄土層削坡時，將挖掘機(jī)斗齒前焊接一塊厚約20mm的鋼板作為“刮板”，長度同挖掘機(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。

4 結(jié) 語

依據(jù)設(shè)計功能要求，綜合各種因素通過方案比較，選擇處理方案，經(jīng)過檢測，膨脹巖處理后，地下水通過增設(shè)的排水設(shè)施可以及時排出，膨脹巖含水量保持一定水平，有效提高了渠道基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，消除了膨脹對渠道混凝土襯砌的不利影響。這些措施有利于南水北調(diào)工程從根本上消除沉降變形，通過南水北調(diào)工程通水兩年運(yùn)行的檢驗(yàn)，證明這些措施對南水北調(diào)工程膨脹巖土的處理是有效的，渠基穩(wěn)定，且安全可靠。

ExpansiverocksoilandtreatmenttechnologyofChaoheRiversectionintheSouth-to-NorthWaterDiversionProject

MENG Xiaorui, MENG Fancang

(HenanWaterConservancyandHydroelectricPowerSchool,Zhoukou466000,China)

The designed pile number is SH(3)133+380～SH(3)179+227 in the Chaohe River section from south of Shahe River to south of Yellow River (entrusted construction and management project) of South-to-North Water Diversion Mid-line Stage I Project main canal. The geological conditions are complex and diversified along the project. Corresponding treatment measures are taken with remarkable effect aiming at weak expansive rock soil canal foundation in the construction process.

South-to-North Water Diversion; expansive rock soil; treatment measures

TV554

：B

：1005-4774(2017)09-0013-03

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.09.004