膨脹土渠道開挖與防護施工技術

■郭紅軍 ■中鐵十三局集團第六工程有限公司，吉林 長春 130031

1 工程概況

南水北調中線一期總干渠陶岔渠首至沙河南段工程淅川－3標段位于河南省淅川縣和鄧州市，渠道長6.64km，過水斷面采用梯形斷面。渠道設計水深8.0m，渠道底寬19.0m。渠道開挖分為全挖方，半填半挖，挖方段最大開挖深度16.4m，土方開挖量353萬m3，全部為膨脹土。

2 膨脹土特性

膨脹土是一種具有特殊性質的土，它遇水膨脹，失水收縮，膨脹土體內經常還存在天然形成的蠟狀裂隙滑面。在膨脹土基礎上修筑工程，工程常遭破壞，而且這種破壞常常具有反復性和長期性。由于膨脹土具有很高的粘聚性，當含水量較大時，一經施工機械攪動，將粘結成塑性很高的巨大團塊，很難晾干。隨著水分的逐漸散失，土塊的可塑性降低，由于粘聚性的繼續作用，土塊的力學強度逐步增大，從而使土塊堅硬，難以擊碎、壓實。因此如果含水量高的膨脹土直接用作路基填料，將會增加施工難度，延長工期并且質量難以保證。因此，膨脹土問題被稱之為“地質癌癥”，是工程界世界性的技術難題之一。

表1 膨脹土現場判別標準

3 膨脹土開挖施工工法

3.1 膨脹土渠道土方開挖

(1)在渠道開挖過程中，必須采取有效防護措施減少大氣環境的影響，分層、分段開挖，一次工作面開展不宜過大，分段長度宜為150～200m。

(2)膨脹土渠坡開挖與坡面防護分級跟進作業，本級邊坡開挖完成后及時進行邊坡防護處理，單極邊坡防護自下而上進行。在上一級邊坡處理完成之前，嚴禁下一級邊坡開挖。各級馬道縱向排水溝應采用分段快速作業，方式在砌石聯拱施工前完成。

(3)土方開挖按照從上到下分層分段一次進行，開挖層一次不宜超過3.0m，嚴禁采用掏根法挖土或將坡面挖成反坡。對同一個斷面、同一開挖層，由中間向渠道兩側開挖。同一區段內開挖應同時平行下降，不能平行下挖時，則兩者高差不宜大于一個臺階。

(4)膨脹土渠道土方開挖應按設計開挖輪廓線預留保護層，保護層厚度應根據不同渠段的地質條件確定，建議弱膨脹土預留保護層厚度不小于30cm，中、強膨脹土預留保護層厚度不小于50cm。

(5)對于中強膨脹土，在渠道設計開挖斷面輪廓的坡腳處宜預留土墩，土墩寬度(底板寬度方向)2m，高度2m，土墩邊坡與開挖輪廓設計邊坡相同。

(6)渠坡馬道縱向排水溝施工應分段或跳槽施工，隨挖隨筑，嚴禁一次開挖到位后久置，溝槽開挖完成到砌筑并回填密實的時間間隔不應超過4h。分段長度一般控制在10－20m范圍內?？v向排水溝砌筑進度不得滯后開挖5m。當天開挖部分應全部砌筑完成，不得拖至第二天。下雨期間不得進行縱向排水溝施工。

3.2 保護層開挖與削坡

(1)保護層開挖應在換填土填筑施工或一級馬道以上弱膨脹土進行坡面防護施工前進行，保護層開挖應集中力量快速施工，盡量縮短建基面暴露時間，保護層開挖完成后應立即組織后續項目施工。

(2)在開挖保護層削坡時，要嚴格按照設計開挖輪廓進行定樁、掛線;掛線時必須將線拉緊，盡可能保持坡面平整。

4 膨脹土防護施工工法

4.1 渠道改性土防護施工工藝

結合本工程特點以及相關技術規范。擬采用水泥改性土防護進行膨脹土開挖后的防護處理。

改性土施工前，對左岸截流溝進行施工，保證渠頂以上部分不積水，附近農田雨水順利通過截流溝排走。分段對改性土運輸路線進行規劃，保證施工過程中改性土順利運至填筑作業面。改性土填筑避開雨天施工，渠道開挖施工前，對穿越工程場地的地表地下水采取截排措施，保證作業面干地施工。對于渠底及邊坡出水段，填筑時采用集中埋管引排水的方式，保證作業面干地施工。對于填方部分，弱膨脹土與改性土同層填筑。

4.2 保護層削坡

對于改性土分離式施工部分，改性土鋪筑前，先對邊坡保護層進行削除，削坡至設計線。經四方聯合驗收后方可填筑改性土。

4.3 水泥土運輸

采用自卸車運輸至填筑工作面，采用“進占法”卸料，減少運輸車輛對工作面的碾壓。必要時采用推土機推送。

4.4 攤鋪

攤鋪時水泥改性土的含水率高于最佳含水率1%～2%(3%水泥改性土為23.2% ～25.2%，4%水泥改性土為22.5% ～24.5%，5%水泥改性土為21.8%～23.8%)，用來補償在攤鋪及碾壓過程中的水分損失。

改性土鋪土厚度30cm±2cm，采用推土機鋪料和平土。為保證碾壓機械的工作面、確保邊角壓實度，鋪土邊線在水平面上超填，超填寬度﹥30cm。在攤鋪的同時，采用推土機在坡面上推出臺階以保證土體的結合，臺階高度與鋪土層厚相同，一般為30cm。臺階寬度根據坡比1∶m進行計算。在鋪料過程中，嚴格按照碾壓試驗的參數控制鋪料厚度，可用插釬檢測。

由于受天氣影響，建筑層表面風干很快。為保證層間結合，在進行上一層鋪土施工之前，對結合面進行灑水。

4.5 碾壓

采用凸塊振動碾進行碾壓。碾壓機械沿渠道軸線方向前進、后退，一個來回按兩遍計，碾壓重疊不小于20cm，靜壓兩遍，動壓十遍。碾壓速度控制在2km/h范圍內。碾壓層間根據天氣和層面干燥情況，灑水濕潤。對邊角接頭處大型機械碾壓不到、易漏壓的地帶，用人工采用蛙式打夯機進行夯實。

若保護層剝離后不能及時進行處理層施工，對開挖面進行防曬保濕防護處理。

土料經攤鋪、晾曬達到可上堤填筑要求后，若不能及時實施全部碾壓工序，必須先完成靜壓工藝，以防止水分變化。

壓實后振動碾留下的凹凸碾印可不做處理，但如遇雨天時，必須及時覆蓋以防止表面積水。降雨時停止施工，已經攤鋪的水泥土快速碾壓，封面并覆蓋。

每層填土完成碾壓后，在四小時內完成質量檢測，在6～8小時內完成上層土覆蓋。如不能及時跟進的，對建基面做好防雨和保濕等施工期的保護措施，并防止大型施工設備在其上行駛。

填筑時超填，超填土料按1∶1.5放坡，嚴格按照碾壓試驗參數控制鋪料厚度。

水泥改性土換填過程中，從加水拌合到碾壓終了時間不超過4h。碾壓過程中如有彈簧土、松散土、起皮現象，及時翻開重新碾壓并檢測合格。

4.6 檢測

碾壓結束后，環刀法取樣檢測壓實度，檢測壓實度滿足≧98%并經監理工程師確認后方可進行下一層的填筑。

4.7 削坡

在換填完成后，人工配合挖掘機進行削坡。由有經驗的挖掘機操作人員按樣槽進行削坡，削坡方向垂直于渠道軸線，由上至下順坡進行。削坡時預留5～10cm的薄土層。預留的薄土層削坡時，將挖掘機斗齒前焊接一塊厚約20mm的鋼板作為“刮板”，長度同挖掘機斗寬，寬度約為15cm，前緣與斗齒齊平，開挖方向垂直于渠道軸線，沿坡長自上而下的將預留的薄土層刮除，人工用平頭鐵鍬將坡面遺留的松土清至挖掘機附近，隨“刮板”攏堆。在坡面上釘木樁，每5m作為一個斷面，按坡度放樣，在樁位上固定尼龍線，掛線后進行釘樁加密，人工進行坡面整理，直至坡面平整度和坡度符合規范要求。

5 結束語

渠道開挖與防護施工工序繁多，使用機械較多，質量控制較難。在施工過程中要結合不同地質情況，對不同地質土采用不同施工方法，為施工進度提供便利，也為良好的施工質量打下堅實的基礎。轉序過程中要掌握好時間、天氣情況、施工部位，對下一步施工做好準備，使改性土回填做到及時、有序，確保施工質量。

［1］堤防工程施工規范.SL 260－1998.

［2］水泥改性土施工技術規定.NSBD－ZGJ－1－37.

［3］渠道膨脹土處理施工技術要求.NSBD－ZXJ－2－01.

［4］渠道工程施工質量評定驗收標準.NSBD7－2007.

［5］南水北調中線一期總干渠陶岔渠首至沙河南段工程淅川段3標施工組織設計.