引江濟(jì)淮工程膨脹土分析及應(yīng)用要點(diǎn)

劉軍

引江濟(jì)淮工程由長江下游上段引水，向淮河中游地區(qū)補(bǔ)水，是以城鄉(xiāng)供水、江淮航運(yùn)、改善巢湖和淮河水生態(tài)環(huán)境等功能的綜合性工程，由引江濟(jì)巢、江淮溝通、江水北送共三段組成，輸水總長1048.68km，其中現(xiàn)有河湖634.01km，疏浚擴(kuò)挖200.01km，新開河道114.66km。新開挖河道中開挖深度20m以上的約10km，最大開挖深度為46m，新開挖河道中膨脹土14.8km、弱膨脹土90.3km，膨脹土占新開河道的91.7%，弱膨脹土和中膨脹土在本工程沿線分布均較長，是研究的重點(diǎn)。全國目前有膨脹土渠道約30條，施工期間因膨脹土處理不當(dāng)造成滑坡、結(jié)構(gòu)變形等比例占32%，不僅造成了財(cái)產(chǎn)損失，甚至危及生命安全，因此對(duì)膨脹土穩(wěn)定問題的研究，對(duì)引江濟(jì)淮工程施工及運(yùn)營安全有著重要的意義。

一、對(duì)膨脹土的認(rèn)知

土的含量中主要粘土礦物成分主要由親水礦物（如蒙脫石、伊利石等對(duì)濕度狀態(tài)變化特別敏感）組成，叫膨脹土。膨脹土具有吸水變得膨脹軟化和失水收縮干裂的主要特點(diǎn)，是遇濕脹、遇干縮，不斷變形的高塑性粘土，膨脹土按等級(jí)劃分為弱、中、強(qiáng)三類。根據(jù)自由膨脹率指標(biāo)劃分，40%≤Fs＜60%為弱膨脹土，60%≤Fs＜90%為中膨脹土，F(xiàn)s＞90%為強(qiáng)膨脹土。膨脹土具有膨脹和收縮性、裂隙性、超固結(jié)性、遇水極具軟化和低滲透等特征，膨脹土對(duì)工程會(huì)造成嚴(yán)重危害，被建筑行業(yè)公認(rèn)為較難處理的土體。

工程中膨脹土若不能正確處理，會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)變形、邊坡滑坡、地基開裂等問題，造成受膨脹土影響的工程帶來嚴(yán)重的破壞，甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失?；率桥蛎浲吝吰伦畛Ｒ姷钠茐男问剑哂袦\層性、長期性、牽引性、平滑性、方向性、季節(jié)性和反復(fù)性。為了正確識(shí)別膨脹土，同時(shí)根據(jù)膨脹土特性，制定科學(xué)、合理的處理措施，保證工程較長時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定，達(dá)到安全，防治膨脹土造成的工程病害。

二、膨脹土變形破壞主要原因

1.受氣候影響變形破壞

受氣候干濕循環(huán)的環(huán)境影響下，膨脹土土體反復(fù)循環(huán)脹縮，伴隨著大量裂隙的產(chǎn)生，導(dǎo)致巖土性質(zhì)弱化，力學(xué)指標(biāo)衰減，強(qiáng)度參數(shù)降低，滲透性增加等，造成結(jié)構(gòu)破壞。

2.受渠道開挖變形破壞

膨脹土具有超固結(jié)性，受渠道開挖深度影響，膨脹土上部覆土荷載逐漸卸除，從而造成開挖處土體產(chǎn)生膨脹和變形，孔隙率增加，飽和度降低，使土體變得松弛和應(yīng)力釋放。先從坡腳局部破壞，開挖深度越深，側(cè)向滑動(dòng)荷載越大，然后向上逐級(jí)牽引形成膨脹土邊坡，或者造成結(jié)構(gòu)面變化而滑坡。

3.受土體蠕動(dòng)變形破壞

受雨水或地表水的浸泡影響，膨脹土發(fā)生淺表層蠕動(dòng)變形，對(duì)渠道襯砌進(jìn)行破壞，進(jìn)而造成渠道、滲水、漏水，時(shí)間越長將對(duì)渠坡穩(wěn)定帶來危害。

三、膨脹土主要處理措施

膨脹土處理方法主要從防水、防裂隙、防風(fēng)化和防強(qiáng)度的劇烈衰減等角度，采用措施使土體形成與外部環(huán)境相對(duì)隔絕封閉。目前常用的處理方法有主動(dòng)處理法和被動(dòng)處理法。主動(dòng)處理法有非膨脹土換填法、膨脹土水泥改性土換填法、鋪設(shè)土工膜法等；被動(dòng)處理法有土工格柵填土法、抗滑樁或擋土墻支檔法、混凝土預(yù)制塊或砌石法、錨桿或噴射混凝土法、混凝土面層封閉法等。

以上所采用的處理方法大部分施工方法及工藝簡單，且在工程中得到較好應(yīng)用。根據(jù)引江濟(jì)淮工程實(shí)際地質(zhì)情況及自身特點(diǎn)，項(xiàng)目以膨脹土水泥改性土換填法為主，該方法對(duì)水泥改性土生成的試驗(yàn)分析、參數(shù)確定、施工方法、質(zhì)量控制等要求高，本文在此進(jìn)行介紹。

四、膨脹土水泥改性處理

“降低膨脹土體含水率”是改性土最直觀的必要條件。因膨脹土遇水膨脹、失水干縮，需將膨脹土進(jìn)行改良處理。采用填料拌和機(jī)摻拌設(shè)備，將膨脹土料和5%的水泥充分?jǐn)嚢杈鶆?，利用兩者的物理及化學(xué)反應(yīng)，改變膨脹土的力學(xué)性質(zhì)，使土的強(qiáng)度、水穩(wěn)定性增強(qiáng)，膨脹性得到控制。碾壓后形成的換填層，一是使大氣不能直接作用于膨脹土基礎(chǔ)，二是基面的膨脹潛能被吸收，使得因含水量變化而引起的原膨脹土基礎(chǔ)自身所產(chǎn)生的脹縮應(yīng)力減小，防止產(chǎn)生邊坡滑坡危害。主要采用土料開采運(yùn)輸→翻曬→碎土→水泥改性土拌制的流程進(jìn)行改性處理。

1.檢驗(yàn)及施工工藝試驗(yàn)

施工前，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)獲取土的含水率、粘粒含量、膨脹率、塑性指標(biāo)、水泥摻量等弱膨脹土或中膨脹土土料的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)?，F(xiàn)場做碾壓施工工藝試驗(yàn)，進(jìn)一步確定施工所需的碾壓機(jī)械、碾壓遍數(shù)、壓實(shí)機(jī)械、以及鋪土厚度等參數(shù)。參數(shù)在整個(gè)施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場情況不斷調(diào)整。

2.開采運(yùn)輸

土料采用挖掘機(jī)開采挖裝，自卸汽車運(yùn)輸，推土機(jī)在堆放區(qū)推平，同時(shí)根據(jù)施工組織、土料及場地情況采用土料場集中堆放及就近堆放兩種。在堆放場周圍做好臨時(shí)排水溝，出現(xiàn)地下水時(shí)，設(shè)置開挖滲溝及集水坑進(jìn)行降水。土料開采時(shí)做到同層、齊頭并進(jìn)，不得沒有規(guī)劃任意開采，同時(shí)采取立面開采或者平面開采的方式。開采出的土料運(yùn)至堆放場堆放。

3.翻曬

將土料運(yùn)輸至翻曬場，然后將土料用推土機(jī)推平，晾曬，采用旋耕機(jī)不斷旋耕翻曬的方法進(jìn)行降水，直至含水率滿足破碎的要求，最后收運(yùn)至拌合場。

4.碎土

在拌制水泥改性土之前，膨脹土土料中的土塊或粒徑10cm以上的鈣質(zhì)結(jié)核應(yīng)清除。土料采用液壓碎土機(jī)在拌和場內(nèi)進(jìn)行破碎，上料碎土、攏堆采用輪胎式裝載機(jī)進(jìn)行，碎好的土料用塑料布進(jìn)行臨時(shí)覆蓋。破碎的土料粒徑大小應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.水泥改性土拌制

水泥改性土集中拌制，通過試驗(yàn)，繪制水泥含量標(biāo)準(zhǔn)曲線，便于水泥改性土中的水泥含量檢測，再通過水泥改性土用穩(wěn)定土拌合機(jī)拌制試驗(yàn)，為拌合機(jī)設(shè)備運(yùn)行提供拌合參數(shù)。土料、水泥和水的重量由拌合機(jī)的計(jì)量系統(tǒng)根據(jù)試驗(yàn)確定的參數(shù)進(jìn)行控制。拌合時(shí)間不得小于兩分鐘。拌合好的料原取樣進(jìn)行均勻性檢測，不合格時(shí)應(yīng)分析原因，必要時(shí)調(diào)整設(shè)備控制參數(shù)。水泥改性土的水泥含量采用EDTA滴定法測定，水泥摻量的平均值不得小于設(shè)計(jì)摻量，也不得大于有關(guān)技術(shù)要求。

五、膨脹土水泥改性土的應(yīng)用要點(diǎn)

膨脹土在換填前，清理干凈基面并經(jīng)驗(yàn)收合格。采用臺(tái)階法進(jìn)行攤鋪保證土體結(jié)合性，攤鋪厚度與臺(tái)階厚度一致。攤鋪時(shí)根據(jù)碾壓試驗(yàn)所取得的參數(shù)嚴(yán)格控制攤鋪厚度，壓實(shí)度每層控制厚度為25cm，同時(shí)采用插釬法進(jìn)行檢測?，F(xiàn)場碾壓采用先靜壓2遍后震壓的方式，震壓6遍后滿足96%的壓實(shí)度。用羊角碾振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓完成后壓實(shí)度采用環(huán)刀法檢測，檢測合格后方可填筑下一層。

換填完成后，利用挖掘機(jī)進(jìn)行削坡，人工配合施工。經(jīng)驗(yàn)豐富的挖掘機(jī)操作司機(jī)先按照樣槽來進(jìn)行削坡，削坡的方向與渠道的軸線垂直，從上至下順坡向進(jìn)行。為最大限度利用削坡余料，土料統(tǒng)一集聚在坡下后裝車運(yùn)送到拌合場再次拌合后使用。削坡時(shí)預(yù)留出5～10cm的薄土層，在挖掘機(jī)的斗齒前焊接一塊鋼板作為“刮板”，垂直于渠道軸線，沿坡長自上而下刮除預(yù)留的薄土層，鋼板的厚約20mm，長度與挖掘機(jī)斗寬相同，寬度約為15cm，前緣齊平于斗齒。人工將坡面遺留的松土用平頭鐵鍬清理到挖掘機(jī)附近，隨“刮板”攏堆。坡面上按坡度放樣，每5m一個(gè)斷面釘木樁，并將尼龍線固定在樁位上，掛線完成后釘樁加密，人工整理坡面至其坡度和平整度滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。

保證水泥改性土后期強(qiáng)度的形成及取芯，水泥改性土成型后禁止車輛碾壓，同時(shí)灑水后用塑料薄膜或彩條布覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)，根據(jù)每天溫度情況確定灑水保濕養(yǎng)護(hù)次數(shù)，使水泥改性土層表面始終保持濕潤。

六、結(jié)語

通過對(duì)膨脹土的自身特性、危害及常用處理方法的分析，結(jié)合膨脹土處理在引江濟(jì)淮工程實(shí)踐中的應(yīng)用，重點(diǎn)對(duì)膨脹土水泥改性土換填法的生產(chǎn)工藝及填筑方法進(jìn)行介紹，為此類型工程提供了工藝和技術(shù)措施依據(jù)，對(duì)類似工程具有借鑒意義。