明渠土方填筑及壓實度控制技術(shù)

景登凱

（中鐵貴州工程有限公司，貴陽 550003）

1 工程概況

廣西左江治旱馱英水庫及灌區(qū)工程馱英東干渠、寧明干渠、客蘭東干渠及馱英西干渠施工Ⅲ標(biāo)段明渠，主要包括：改建明渠56.36 km，新建渠道4.4 km?？吞m東干渠明渠長約56.36 km，占渠系的93.56%，大部分為舊渠加高擴(kuò)建，樁號KD56+000～KD60+197 m 為新建渠道。明渠斷面形式為梯形，底寬3～5 m，深約2.1 m，開挖邊坡坡比1∶1.5，填筑邊坡坡比1∶1.5，開挖側(cè)高差4～6 m設(shè)馬道，堤頂?shù)缆坊驹O(shè)在填筑側(cè)，局部地勢平緩處設(shè)雙側(cè)道路。渠道分為挖方渠段、半挖半填渠段、全斷面填筑渠段。

明渠主要為山腹線，少量橫斷嶺谷線、山腹線明渠主要以挖方為主，橫斷嶺谷線以填方為主。明渠段大部分通過碳酸鹽巖地區(qū)。

2 壓實原理

土是由固體、氣體與液體3部分組成的，通常稱為土的三相組成，隨著三相物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比例不同，土的性質(zhì)也不同。明渠施工破壞了天然土體狀態(tài)，使其土粒重新組合，空隙增加，結(jié)構(gòu)松散，使得土體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度降低。因此，若要提高渠基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，必須對其壓實。土體越密實，強(qiáng)度也越高，用壓實機(jī)具對填土的碾壓改變了土的三相比例關(guān)系，減少了孔隙率，增加了單位體積內(nèi)的固體含量。被壓實的土粒重新排列，單位重增加，粘結(jié)力增大，強(qiáng)度提高；通過壓實使土粒外表的水膜減至更薄，增加內(nèi)聚力，提高抗剪強(qiáng)度；通過壓實使土壤中的空氣排出，減少水孔隙率，增加密實度，提高土體的水穩(wěn)定性，減少因凍脹而引起的不均勻變形[1]。

2.1 影響路基填土壓實的因素

影響渠堤填土壓實效果的主要因素有內(nèi)因和外因兩個方面。內(nèi)在因素是填土性質(zhì)的好壞、含水量的控制，外在因素是壓實機(jī)具的型號、規(guī)格、碾壓遍數(shù)、碾壓速度、碾壓振動頻率、振幅、加水量的控制和周環(huán)境條件。

（1）土質(zhì)的影響。土質(zhì)的影響主要是考慮土體本身的質(zhì)量與土體顆粒級配的情況。在明渠施工過程中，考慮到經(jīng)濟(jì)成本的問題，都會采取就地取材的原則。因土壤的顆粒大小和組成成分對壓實度有較大的影響。所以土或近似土的材料是否易于壓實取決于土的粒徑、顆粒表面特征以及級配。粒徑較大的中粒土比表面積小，顆粒之間的粘結(jié)力弱，易于在外力作用下產(chǎn)生位移而容易壓實；粉土、粘土顆粒小，比表面積大，顆粒間薄膜水互相吸附作用較強(qiáng)，自由水排出困難，壓實阻力大而難于壓實。接近立方體、棱柱體的易于壓實；薄片、長條多的難壓實。顆粒表面有一定粗糙度的雖然阻抗力要大些，但在碾壓過程中產(chǎn)生位移后能穩(wěn)定在新的位置，而表面光滑接近圓形的顆粒，雖易于移動，但不易穩(wěn)定，常難于壓實。而土粒級配是否良好，決定了土體能否被壓實到理想密度，級配良好的土，可以用較少的壓實功壓到要求的密實度，級配差或不含級配的土，盡管投入相當(dāng)大的壓實功，仍會留下很大的空隙。因此在填料選擇時應(yīng)優(yōu)選用天然級配較好的中、粗粒土，砂性土，盡量避免使用粉土、粘土，光滑無棱又顆粒均勻等難于壓實的材料。不同的土質(zhì)，最大干密度和最佳含水量的數(shù)值也不一樣，而且分散性越高的土，其最佳含水量值也越高，最大干密度值越低；砂性土壓實效果優(yōu)于粘性土[2]。

（2）含水率的影響。 土中含水量對壓實效果影響較明顯，當(dāng)含水量較少時，由于顆粒間引力使土保持著比較疏松的狀態(tài)或凝聚結(jié)構(gòu)，土中孔隙大都相互連通，水少而氣多，在一定的外部壓實功能下，雖然土空隙中氣體易被擠出，密度可以增大，但由于水膜潤滑作用不明顯，以及外部功能還不足以克服土粒間引力，土粒相對移動很不顯著，因此壓實效果較差；含水量逐漸增大時，水膜變厚、土粒潤滑、土塊變軟，引力減弱，施以外部壓實則土粒移動而擠密，壓實效果漸佳；在接近最佳含水量時，土中孔隙更少連通或不連通，孔隙中的水和氣趨于封閉狀態(tài)，壓實時土內(nèi)產(chǎn)生的孔隙水壓力和孔隙氣壓力減低了擊實功的作用，但這時最有利于土粒受擊實時發(fā)生相對移動使土體密實，以致能壓實到最大干密度，即在最佳含水量時，土的密度達(dá)到了該壓實功能下的極限值，干密度不再提高；當(dāng)含水量繼續(xù)增加，孔隙中出現(xiàn)了自由水，壓實時孔隙水不易排出，形成較大的孔隙壓力，阻止了土粒的靠攏，所以壓實效果反而下降。因此只有在土粒處于最佳含水量的情況下，壓實效果最好[2]。

（3）填土厚度的影響。填土厚度均勻，易于壓實，土粒之間更加緊湊，減少了孔隙率，增加氣體的排出，提高了渠堤的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

（4）碾壓機(jī)具作用的影響。壓實機(jī)具之間的搭配，施工中機(jī)具的配合尤為重要。推土機(jī)和平整機(jī)攤鋪平整，壓實機(jī)具壓實，在大型機(jī)具壓實不足或渠堤邊坡沒有得到充分的壓實時，應(yīng)采用小型壓實機(jī)具壓實。

3 施工方案

施工以挖、填平行作業(yè)為主線，采用綜合機(jī)械化作業(yè)，確保填方、挖方地段的施工能力，同時統(tǒng)籌考慮渠堤施工與其它挖方工程的協(xié)調(diào)配合，充分利用各類合格挖方，銜接好渠基主體工程和配套工程的適時穿插，避免交叉施工干擾。

根據(jù)本標(biāo)段的地勘資料，涉及開挖的石方量很小，因此全部采用機(jī)械強(qiáng)制開挖。

渠堤填筑采取縱向全幅分層填筑，分層壓實，組織機(jī)械平行流水作業(yè)；填方按“三階段、四區(qū)段、八流程”的施工順序組織施工

4 施工工藝

（1）渠基填土施工方法。填土路堤采用我公司在公路施工中成熟的“三階段、四區(qū)段、八流程”的施工工藝，平行流水作業(yè)，按照常規(guī)施工方法組織施工。

（2）壓實度要求。填筑土料含水率與最優(yōu)含水率的允許偏差為±3%。填筑的標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)渠堤高度小于6.0 m 時，土方填筑壓實度不小于0.91；當(dāng)渠堤高度不小于6.0 m時，土方填筑壓實度不小于0.93。石渣填筑的相對密度不應(yīng)小于0.7。無粘性土的填筑標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)渠堤高度小于6.0 m時，相對密度不小于0.6：當(dāng)渠堤高度不小于6.0 m 時，相對密度不小于0.65。利用石渣作為堤身填筑料時，其固體體積宜大于76%，相對孔隙率不宜大于24%。土方填筑前應(yīng)將溝槽基底壓實。梯形明渠填筑土料采用自卸汽車運輸至填筑現(xiàn)場后進(jìn)占法卸料，推土機(jī)攤鋪，凸塊碾或壓路機(jī)碾壓密實，局部邊角部位采用蛙式打夯機(jī)或沖古夯等小型設(shè)備夯實。碾壓層鋪土層厚一般為25～30 cm，碾壓參數(shù)由現(xiàn)場碾壓試驗確定。對天然含水率大于最優(yōu)含水率3%的開挖土料可采取以下措施：①對含水率偏高的土料采取改善料場周邊的排水系統(tǒng)，采取平面開挖分層取土，以及輪換掌子面開挖等工程措施；②雨天不能進(jìn)行土方施工；③填筑士料時在渠道倉面上薄層攤鋪，采用三鏵犁進(jìn)行翻曬，然后進(jìn)行碾壓密實。

5 控制渠堤壓實的方法和措施

5.1 注意填料選擇

用于填土工程的土料，必須符合相關(guān)要求和規(guī)范，或經(jīng)過實驗符合填土要求。含水量符合壓實要求的粘性土可用作各層填料；碎塊草皮和有機(jī)物含量大于8%的土僅可用于無壓實要求的填方；淤泥和淤泥質(zhì)土一般不能作填料；鹽漬土的含量在規(guī)范限量以內(nèi)時可作為填料。根據(jù)填方土料的品質(zhì)不同分別采用不同的壓實機(jī)械和壓填方法。塑性指數(shù)或含水量較大的土料進(jìn)行填土?xí)r，不應(yīng)作為填土土料的選擇，當(dāng)開挖土料含水量較大時必須進(jìn)行攤鋪晾干或進(jìn)行“砂化”處理。

5.2 填筑方法

正確的填筑方法為：填土渠堤采用全斷面水平分層填筑壓實的方法進(jìn)行施工。填料采用挖掘機(jī)或裝載機(jī)裝車，自卸汽車運輸，100 m以內(nèi)運距用推土機(jī)施工。推土機(jī)配合平地機(jī)攤鋪平整，振動壓實機(jī)壓實。

5.3 碾壓要點

（1）合理選擇壓實機(jī)具。對于渠堤填土工程量大，填土高度大于6 m，壓實標(biāo)準(zhǔn)不低于95%的渠段應(yīng)采用大型壓實機(jī)械震壓。機(jī)械之間的配合顯得尤為重要，如果推土機(jī)和平整機(jī)作業(yè)時攤鋪厚度不均勻、不平整，壓實機(jī)就不能起到良好的壓實效果。

（2）確定壓實機(jī)具參數(shù)。壓實機(jī)具的型號、規(guī)格選擇合理。碾壓遍數(shù)、速度，碾壓震動頻率、振幅按渠基碾壓前的試驗段確定的數(shù)據(jù)嚴(yán)格執(zhí)行。碾壓軌跡之間的搭接控制合理，碾壓之后的路基保護(hù)措施要做到位。

5.4 外界環(huán)境影響下的控制措施

渠基分層填筑下，壓實度檢測合格后才能進(jìn)行下一道工序，檢測壓實度不合格時，如果是碾壓不到位，可再次碾壓直至合格。當(dāng)渠基填筑完成，在晾曬下，出現(xiàn)開裂的情況，可往填料里面摻砂，防止過度開裂；在開裂情況下，可再次碾壓合格之后再進(jìn)行填筑。雨天不能進(jìn)行渠基土方填筑。

6 結(jié)語

本文討論了明渠土方填筑影響因素，影響因素分為內(nèi)在和外在影響因素。內(nèi)在影響因素：土質(zhì)、含水率；外在影響因素：填土厚度、機(jī)具碾壓強(qiáng)度，針對其影響因素采取相關(guān)措施來保證土方填筑的質(zhì)量，包括土質(zhì)的確定，合理的選擇壓實機(jī)具和碾壓后對渠堤的保護(hù)措施。