不均一土料在南水北調(diào)渠堤填筑中的應(yīng)用

(河南省白龜山水庫管理局，河南 平頂山 467000)

不均一土料在南水北調(diào)渠堤填筑中的應(yīng)用

張會香姚蓬飛

(河南省白龜山水庫管理局，河南 平頂山 467000)

南水北調(diào)潮河段第1施工標(biāo)段地質(zhì)條件復(fù)雜，由于回填土料料源不均一，土方填筑質(zhì)量難以控制，通過“立采混筑”方法，解決了土料不均填筑的施工難題。

南水北調(diào)；不均一土料；立采混筑

1 工程概況

南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南～黃河南(委托建管項(xiàng)目)潮河段第一施工標(biāo)段，設(shè)計(jì)樁號SH(3)133+380.8～SH(3)141+800，總長8.4192km。該標(biāo)段土石方開挖559.6萬m3、土石方填筑167萬m3、開挖料中合格土料約187.6萬m3。

2 料源均質(zhì)情況

2.1 填筑料技術(shù)要求

挖方可用料為黃土狀中粉質(zhì)壤土(alplQ3)、黃土狀輕壤土(alQ41)、黃土狀輕壤土(alplQ3)和砂壤土。

渠堤填筑土料，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為黏粒含量宜為8%～30%，塑性指數(shù)宜為7～17，滲透系數(shù)碾壓后小于1×10-5cm/s,有機(jī)質(zhì)含量不大于5%。水溶鹽不大于3%，填筑土料的壓實(shí)度不小于98%，干密度不小于1.77g/cm3,含水量的允許偏差為-2%～+3%。

2.2 料源現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場開挖揭露情況，潮河一標(biāo)可用土料分布范圍，見表1。

表1 潮河一標(biāo)可用土料分布范圍

2.3 料源特點(diǎn)

根據(jù)現(xiàn)場開挖揭露情況，可利用土料地質(zhì)情況發(fā)生較大變化，主要變化有兩點(diǎn)：?可用土料減少，不可用土料增加，開采區(qū)分難度加大；?料源不均勻性增大，夾層多，層厚較小，最小的僅為1.5m，可利用料與非可利用料界限不明顯。

2.4 料源不均一性

現(xiàn)場取樣，試驗(yàn)檢測結(jié)果，見表2。最大干密度范圍為1.79～1.87g/cm3。土料擊實(shí)結(jié)果離散性較大，土料極不均一。

表2 試驗(yàn)檢測結(jié)果

續(xù)表

續(xù)表

2.5 不均一土料混合填筑方案確定

2011年6月，南水北調(diào)國調(diào)辦飛檢小組，在潮河一標(biāo)SH(3)136+650～SH(3)136+900段右岸抽檢，發(fā)現(xiàn)填筑質(zhì)量有問題，受到國調(diào)辦通報(bào)。參建各方共同分析，經(jīng)專家咨詢論證，采用立采混筑的方法。

3 不均一土料填筑技術(shù)

立采混筑的方法，即充分混合后填筑。工地實(shí)驗(yàn)室多次取樣做擊實(shí)試驗(yàn)、混料試驗(yàn)、碾壓試驗(yàn)，經(jīng)過多次試驗(yàn)，選定合適的渠堤填筑參數(shù)。

3.1 最大干密度控制指標(biāo)

混料前在備土區(qū)，取上、中、下三個點(diǎn)土料混合后，做擊實(shí)試驗(yàn)，作為參照指標(biāo)；混料后的土料取樣做擊實(shí)試驗(yàn)，按照混料后的最大干密度數(shù)據(jù)中的大均值作為最大干密度控制指標(biāo)。

以SH(3)137+400～SH(3)137+800段渠道開挖土料為例，系采用立式開采挖混合后的土料?，F(xiàn)場碾壓試驗(yàn)之前，針對該土料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)和顆粒分析，擊實(shí)土樣分別在土料不同部位和不同深度進(jìn)行取樣各5組、顆粒分析各取1組。

根據(jù)擊實(shí)結(jié)果分析，左岸最大干密度在1.84～1.86g/cm3區(qū)間范圍內(nèi)、最佳含水率在12.3%～13.2%范圍內(nèi)、右岸最大干密度在1.82～1.85g/cm3區(qū)間范圍內(nèi)、最佳含水率在12.5%～13.8%范圍內(nèi)，料源最大干密度及含水率范圍基本相同。

根據(jù)潮河監(jiān)理〔2011〕通知290號，南水北調(diào)中線鄭州段土方填筑(水泥改性土)工程質(zhì)量控制專家咨詢意見，選擇最大干密度平均值作為料區(qū)最大干密度控制指標(biāo)。根據(jù)選取的最大干密度均值，分別進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，以確定填筑施工參數(shù)。經(jīng)過計(jì)算分析，該段土料碾壓試驗(yàn)最大干密度值為1.85g/cm3，填筑施工時(shí)最大干密度控制指標(biāo)為1.84g/cm3。

3.2 填筑施工參數(shù)確定

按照混料后擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為控制指標(biāo)，進(jìn)行不同層厚、含水率、碾壓遍數(shù)的碾壓試驗(yàn)。

碾壓試驗(yàn)根據(jù)使用振動碾為22t，選鋪土厚度為30cm、35cm、40cm三種，不同含水率(天然含水率12.8%、天然含水率增加2個百分點(diǎn)14.8%、減少2個百分點(diǎn)10.8%)的土料分別進(jìn)行碾壓，行走速度采用1檔，速度為1.7km/h，試驗(yàn)?zāi)雺罕閿?shù)為靜壓1遍+微震1遍+強(qiáng)震4遍(取樣)+強(qiáng)震2遍 (取樣)+強(qiáng)震2遍(取樣)。

每個試驗(yàn)小塊按試驗(yàn)要求分別進(jìn)行鋪土、平整、碾壓，當(dāng)碾壓進(jìn)行完后進(jìn)行取樣，做密度試驗(yàn)，從第六遍開始取樣，碾壓每增加兩遍，取樣一次，每個試驗(yàn)塊每次取樣12個，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(shí)，以環(huán)刀底面達(dá)下層頂面時(shí)環(huán)刀取滿土樣為準(zhǔn)，并記錄壓實(shí)層厚度。

通過前述的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析比較，可確定鋪土厚度30cm的壓實(shí)效果最好，鋪土厚度35cm、40cm則壓實(shí)度不滿足要求。因此，對該段回填用土料填筑施工參數(shù)：使用含水率12.8%，鋪料厚度30cm，22t振動碾碾壓10遍。

3.3 開挖混料

在工作面按照正常渠道開挖方法進(jìn)行開挖，開挖時(shí)采用立式開挖方法混料一次，盡量使同一鏟斗取到上、中、下各層土料，并把開挖出來的土料運(yùn)至填筑面附近的備料場；在填筑面附近備料場對土料采用反鏟就地立式開挖、拌和3次，混料采用2m3斗容挖掘機(jī)，對拌和好的土料再采取立采方式，進(jìn)行開挖混料一次直接運(yùn)至填筑面進(jìn)行填筑。

3.4 填筑施工

3.4.1 開挖備料

在渠道開挖段，采用立式開挖方法混料一次，盡量使同一鏟斗取到上、中、下各層土料，并把開挖出來的土料運(yùn)至填筑面附近的備料場堆存。

3.4.2 基面驗(yàn)收

填筑施工前，對填筑基面進(jìn)行聯(lián)合基礎(chǔ)驗(yàn)收，經(jīng)驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行填筑施工。

3.4.3 含水率控制方法

鋪土前，對土料含水率進(jìn)行檢測，不在規(guī)定值時(shí)對其進(jìn)行含水率調(diào)整，含水率應(yīng)控制在碾壓試驗(yàn)要求規(guī)定值。當(dāng)含水率大于施工控制含水率時(shí)，對其進(jìn)行翻曬。當(dāng)含水率小于規(guī)定要求的含水率時(shí)，需要加水進(jìn)行調(diào)整含水率；如土料含水量調(diào)整超過3%時(shí)，采取取土場加水方式增大土料含水率；如土料含水量僅需增加少量時(shí)，可采用在結(jié)合面直接灑水的方式加水。作業(yè)面含水率調(diào)整公式為

V=ρW/(1+W)(WOP-W)

式中V——單位體積內(nèi)需要的補(bǔ)充水量，L；

W——土的天然含水量，%；

WOP——土的最優(yōu)含水量，%；

ρW——填土碾壓前的密度，kg/m3。

當(dāng)采用作業(yè)面灑水調(diào)整土料含水率時(shí)，壓力水和壓縮空氣混合以霧狀噴出，使灑水均勻；根據(jù)施工氣溫和風(fēng)速等氣象條件來決定土料含水率調(diào)整時(shí)間。

3.4.4 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２捎眠M(jìn)占法鋪料，推土機(jī)攤鋪壓平，人工配合。自卸汽車行走平臺及卸料平臺，自卸汽車退行進(jìn)入工作面，不在工作面調(diào)頭，各填筑作業(yè)面安排1人專職指揮車輛，使車輛有序進(jìn)出工作面。鋪土厚度采用打樁和水準(zhǔn)測量的方式進(jìn)行控制，嚴(yán)格控制松鋪厚度。

3.4.5 碾壓

碾壓方法：靜壓1遍+微震1遍+強(qiáng)震8遍。碾壓時(shí)采用進(jìn)退錯距法，行走方向應(yīng)平行于渠道中心線，行走速度不大于2km/h，振動碾前進(jìn)一趟為1遍，每一遍碾壓軌跡搭接寬度大于0.5m。

3.4.6 層間結(jié)合面處理

為保證層間結(jié)合面結(jié)合密實(shí)，在鋪料過程中需要進(jìn)行層間灑水。

4 質(zhì)量檢驗(yàn)

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(shí)，以環(huán)刀底面達(dá)下層頂面時(shí)環(huán)刀取滿土樣為準(zhǔn)，填筑土料的壓實(shí)度不小于98%。經(jīng)對該部位填筑的土方環(huán)刀檢測，檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 干密度及壓實(shí)度檢測

續(xù)表

5 結(jié) 語

檢測數(shù)據(jù)表明，壓實(shí)度均在0.98以上，且干密度也趨于均一，填筑質(zhì)量完全可控，滿足設(shè)計(jì)要求；不均一土料采用“立采混筑”方法是可行的。對于實(shí)際施工中土料料源不均一、土方填筑質(zhì)量不易控制的情況，該方法是一次有益的探索，為今后同類工程提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

ApplicationofunevensoilmaterialinembankmentfillingoftheSouth-to-NorthWaterDiversionProject

ZHANG Huixiang, YAO Pengfei

(HenanBaiguishanReservoirAuthority,Pingdingshan467000,China)

No. 1 construction bidding section in Chaohe River of South-to-North Water Diversion Project has complex geological conditions. It is difficult to control the earthwork filling quantity due to the inhomogenous backfill material material sources. The construction difficulty of soil material uneven filling is solved through the method of ‘vertical mining and mixed construction’.

South-to-North Water Diversion; uneven soil material; vertical mining and mixed construction

10.16616 /j.cnki.11-4446 /TV. 2017.010.002

TV554

B

1005-4774(2017)010-0005-05