淺談南水北調渠堤填筑施工質量控制

張 彬,杜耀斌

(中國水利水電第五工程局有限公司第五分局,成都,610225)

1 工程概況

南水北調中線元氏Ⅱ段工程位于元氏縣境內,起點在龍正村西,總干渠樁號196+997.1m,終點位于元氏縣與鹿泉市交界處,總干渠樁號212+180m。總干渠設計流量為220m3/s,加大流量為240m3/s,起點設計水位為78.864m,終點設計水位為78.174m,總水頭差為0.69m,全長為15.1829km。其中,渠道長為14.9724km。本段渠道以挖方和半挖半填渠道為主,部分渠段為防洪堤修筑,渠道主體部分挖方總量為577萬m3,土方回填量為126萬m3,主要為黃土狀壤土、壤土和砂質土。

根據相關規范和設計要求,填筑土料宜選用黃土狀壤土、壤土等粘性土,粘粒含量宜為10%～30%,塑性指數宜為10～20,且不得含植物根莖、磚瓦垃圾等雜質。渠道填筑土料要求壓實度為98%,干容重不應小于1.6g/cm3,含水量應控制在最優含水量附近,其上、下限偏離最優含水量不超過-2%～+3%。因此,在施工過程中,對填方土料、鋪土厚度、碾壓設備以及壓實度的檢測是質量控制的重點。

本工程全長為15.1829km,不僅沿線地形復雜、地質條件變化大,施工過程中還受外部環境、氣候等多方影響。主要表現在以下幾方面:(1)渠堤回填料來自渠道開挖,其填料黃土狀壤土含水量波動大,粘粒含量不穩定,開挖斷面多為夾砂層,施工取料難度大;(2)渠堤基礎面多為農耕地,表層腐殖土覆蓋較厚,施工設備清理工作量大,清理后表面仍有蟻穴、蚯蚓洞存在,影響后期施工質量;(3)沿線因當地老鄉挖砂、文物部門考古及垃圾場、拆遷建筑物等原因,形成若干大小坑洞,按設計要求必須清理到原土基礎,并開挖成1∶5的坡才能填筑,致使施工過程中質量控制難度加大;(4)在本標段有交叉建筑物18座,堤防與建筑物相接處是施工質量控制的重點;(5)本標尾端近2km地下水位較高,填筑基面清理及土料選擇難度大。

2 渠堤填筑施工工藝

在填筑之前,選定與實際施工條件相仿的現場進行生產性碾壓試驗,同時還需進行含水量試驗,確定填筑最佳含水量。如因含水量過高不能直接進行填筑,可就近選擇臨時堆土場進行晾曬等處理。通過試驗確定填料的松鋪厚度并確定合理的控制填層厚度、最佳含水量的控制,確定合理的機械、人員配置方案,確定合理的碾壓方式及遍數。

渠堤填筑主要施工工序為:土料檢測、測量放樣、基面清理、鋪料、碾壓、檢驗等。其主要的工藝流程見圖1所示。

圖1 渠堤填筑主要工藝流程

3 渠堤填筑質量控制措施

3.1 填筑土料控制

3.1.1 土質的影響。由于我們采用渠道開挖料直接作為回填料使用,通過對渠線各段地質統計分析可以看出,挖方段土體結構類型為多層結構類別,地表至渠底多為上更新統的黃土狀壤土,局部下部為中粗砂透鏡體,渠底以下多為卵石、礫砂,開挖土料在性狀上極不穩定。

3.1.2 含水率的影響。在同一壓實功條件下,填土的含水量對壓實質量有直接影響。較為干燥的土,由于顆粒之間的摩阻力比較大,因而不宜壓實。當土具有適當含水量時,水起到潤滑作用,顆粒間的摩阻力減小,從而更易壓實。相比之下,嚴格控制最佳含水量,要比增加壓實功能效果更佳。各種土的最佳含水量所獲得的最大干密度,可由擊實試驗取得。圖2為在渠道特定斷面所做的土工擊實試驗,從而獲得最大干密度和最優含水量,以利施工過程控制。

3.1.3 土料質量控制。為了加強對渠堤碾壓回填質量的控制,我項目部制定了專項施工方案,從選料到回填碾壓每道工序都進行嚴格控制。針對土料的不穩定性,在填筑土料施工前,每隔300m對土場內的上堤土料及地基土取樣試驗,以確保上堤土料和地基碾壓的質量。試驗項目包括擊實試驗、含水量試驗等。土料取樣一般用坑探法,探坑要有代表性,應涉及到土場平面及垂直斷面的不同部位,由建設、監理、施工各方共同參加取樣,試驗由試驗室檢測并出具檢測成果報告,作為質量保證的依據。土料含水率過大時,采用翻曬處理;土料含水率小時,采用灑水處理。夏季、冬季施工時,采用晚上上料、早上攤鋪、下午碾壓的方式進行。

圖2 土工擊實試驗成果

由表2可知,本土樣最優含水量為13.7%,最大干密度為1.81g/cm2。

3.2 基面清理

渠堤回填前,需清除表土厚30cm的樹根、雜草、垃圾、廢渣等表層土以及開挖區域內的其他障礙物。清理范圍為堤身設計基面邊線外50cm,基礎清理完畢后應進行碾壓,壓實相對密度不小于0.85。如果表土清理不到位,存在蟻穴、蚯蚓洞和腐殖土時,會造成建基面與上層回填土接觸不密實,后期會出現層面滲水或渠堤塌陷等現象。

因此在回填碾壓施工前,將堤基范圍內的腐殖表土等清除,并運至指定地點堆放。用推土機進行清表,清表厚度按30cm控制,清理范圍為設計基面邊線以外50cm;清理完成30cm后,如果還有腐殖表土、蟻穴、蚯蚓洞時,繼續清理,直到滿足設計要求。清理完成后,用壓路機對基礎面進行碾壓、測量,并同時進行室內壓實度檢測。當基礎面清理范圍和壓實度滿足設計要求后,組織四方進行基礎面隱蔽工程聯合驗收,驗收合格方能進行土方上料。對于建基面因地形造成的坑、槽,按要求先削成1∶3～1∶5的坡度,碾壓后先回填坑槽處,填平后再大面回填。

3. 3 鋪土厚度

土在壓實功的作用下,壓應力隨深度增加而逐漸減小,其影響深度與壓實機械、土質和含水量有關。鋪土厚度應小于壓實機械壓土時的作用深度,其中存在最優土層厚度問題。鋪得過厚,要壓多遍才能達到規定的密實度;鋪的過薄,也會增加機械的壓實遍數;只有恰當的鋪土厚度,才能使土方壓實而機械的功耗最少。

填筑以渠道平行線為基準,從最低處分層填筑,鋪設寬度每側均超出設計寬度50cm,以保證修整渠堤邊坡后渠堤邊緣處的壓實度。每層填料開始前,用白灰標識超填50cm的填筑邊線。鋪土厚度根據試驗確定為35cm。自卸車運輸的土料采用進占法卸料,采用“算方上料、定點卸料、隨卸隨平、定機定人、鋪平把關、測量檢查”的方法,以保證鋪土厚度均勻;采用TY160推土機沿軸線或平行軸線進行鋪土、整平,人工配合,攤鋪土料每邊至少比設計寬出50cm(內坡為60cm)。

3.4 壓實功

壓實功能對壓實效果的影響。填土壓實后,其干密度與壓實機械的壓實功有一定關系。在開始壓實時,土的干密度急劇增加,待到接近土的最大干密度時,壓實功雖然增加許多,而土的干密度幾乎沒有變化。因此,施工時不能盲目過多地增加壓實遍數,應嚴格按回填試驗方案執行。

(1)碾壓設備。選用20t的凸塊振動碾,其優點是可調節變速,碾壓后表面無需再刨毛;(2)碾壓遍數。經試驗段確定,先靜壓一遍,再弱振一遍,最后強振六遍。在施工過程中,現場質檢員旁站,做好施工記錄;(3)碾壓機械行走速度。經試驗段確定,行走速度確定為1.2km/h;(4)碾壓輪基搭接尺寸。壓路機要求輪基搭接尺寸為50cm。

在渠堤大量回填過程中,根據《堤防工程施工規范》(SL260-98)表6.1.2,壓實機具選擇20t凸塊振動碾,其壓實功能滿足鋪土厚度和土塊限制直徑要求。填筑前首先采用20t凸塊振動碾對堤基底進行壓實刨毛,碾壓至設計壓實度(0.85),經現場監理檢驗合格后實施第一層填筑。在實施回填前,對表面已風干的土層,應作灑水濕潤處理。每層整平后采用20t凸塊振動碾碾壓,由堤邊向堤軸線方向平行順次碾壓,前后兩次輪跡橫向重疊50cm;做到隨鋪隨平隨壓,無漏角無死角,確保碾壓均勻。

3.5 內坡、沖溝及沉降期控制

渠堤回填碾壓,最關鍵和最薄弱的部位就是渠道內坡,一般碾壓設備對臨邊位置的碾壓最薄弱,碾壓設備無法太靠邊碾壓,設備存在安全隱患。因此,內坡的壓實度很難控制。對于高填方段,回填后要求有3個月以上的沉降期,無法及時襯砌,而北方氣候變化明顯,冬季最大凍土厚度達60cm,回填后需考慮渠堤防凍。內坡襯砌前,還要考慮雨季沖刷的影響,一旦襯砌邊坡被嚴重沖刷,后期補填難度大,而且存在質量隱患。所以在回填過程中,內坡預留寬度為60cm的保護層,回填后必須預留3個月以上的沉降期,才能有效控制回填質量。

3.6 檢驗

碾壓過程中由質檢人員全過程跟蹤檢測,認真及時地填寫各類數據。如填土出現彈簧、層間光面、層間中空、松土層或剪力破壞現象時,應立即處理,確保實體質量。對于渠堤的壓實度檢測由試驗室人員完成,采取灌砂和灌水兩種檢測方法,取樣選點按照規范要求隨機選取,每層每單元不小于12個點,檢測結果全部合格方準許下層施工。

4 結語

南水北調元氏項目部經過近一年的開挖回填施工,目前渠堤回填已全部完成。該項目由項目經理牽頭、項目總工程師負責、質量檢查組和質量保證組以及各勞務隊質檢人員組成質量管理組織,形成項目部、工程隊和作業班組三級檢測的質量管理網絡;建立質量責任制,實行了目標管理;一級抓一級,層層抓落實,質量驗收嚴格執行“三檢制”;對隱蔽工程嚴格控制,派專人負責,責任到人。對于渠堤回填,從土料控制、基面清理、施工機具到最終檢驗,均做到了全程質控。渠堤回填總計完成評定1309個單元,優良率為95.61%,有效保證了渠堤回填的施工質量。

〔1〕張 生,張延東.堤防工程施工與質量控制.鄭州:黃河水利出版社,2006.12.

〔2〕水利部淮河水利委員會.堤防工程施工規范(SL260-98).北京:中國水利水電出版社,1998.11.

〔3〕水利部建設與管理司.堤防工程施工質量評定與驗收規程(SL239-1999).北京:中國水利水電出版社,1999.06.

〔4〕黃河水利委員會勘測規劃設計研究院.碾壓式土石壩施工規范(SL274-2001).北京:中國水利水電出版社,2002.03.