南水北調(diào)中線工程水泥改性土換填施工工藝淺析

陳 維

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

南水北調(diào)中線干線鎮(zhèn)平三標工程樁號76+100～87+925全長11.825 km。渠道全長均屬膨脹土渠段，根據(jù)設(shè)計要求，其渠道渠坡及渠底均采用水泥改性土換填，半挖半填方渠段開挖渠坡及渠底水泥改性土換填厚度均為1.2 m。對于渠堤填筑高度小于2 m的渠段均采用水泥改性土填筑；對于渠堤填筑高度大于2 m的渠段，渠堤心墻內(nèi)采用弱膨脹土填筑，渠坡、堤頂及背坡外包一層厚度為1 m的水泥改性土填筑(俗稱“金包銀”)。全挖方渠段一級馬道以下渠坡及渠底水泥改性土換填厚度為1.2 m，一級馬道及馬道以上渠坡水泥改性土換填厚度為1 m。該工程水泥改性土水泥摻量根據(jù)試驗確定為4%、5%(重量比)兩種。筆者對所采用的施工工藝進行了介紹。

2 施工工藝及程序

2.1 工藝原理

針對膨脹土具有遇水膨脹、失水干縮的特性，采用水泥改性土就是使用穩(wěn)定土拌和機摻拌設(shè)備，在膨脹土料中摻入適量的水泥，將二者充分拌合并發(fā)生物理及化學反應(yīng)以改變膨脹土的力學性質(zhì)，使其強度和水穩(wěn)定性大大提高、膨脹性得到控制。碾壓后形成的換填層一方面可以隔離大氣對膨脹土基礎(chǔ)的直接作用，另一方面能夠吸收基面的膨脹潛能，降低原膨脹土基礎(chǔ)自身因含水量變化而產(chǎn)生的脹縮應(yīng)力，防止膨脹土邊坡渠段遇水產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象。

2.2 工藝流程

渠道水泥改性土換填一般按100 m一個單元(段)進行施工(視當時施工能力大小)，填筑時先填渠道底板，后填兩邊渠堤，填筑時必須逐層進行。每段的施工循環(huán)按流水作業(yè)原則布置：為方便施工和提高施工時的設(shè)備效率，作業(yè)時一般分三段：一段進行卸料、鋪料、平料，一段進行碾壓，一段進行質(zhì)量檢查驗收，依次循環(huán)往復。渠道水泥改性土換填施工工藝流程見圖1。

圖1 渠道水泥改性土換填施工工藝流程圖

3 水泥改性土填筑施工

3.1 施工準備

在水泥改性土施工之前，首先通過室內(nèi)試驗取得土料場土料的物理參數(shù)，包括粘粒含量、塑性指數(shù)、膨脹率、水泥摻量等。根據(jù)室內(nèi)試驗取得的參數(shù)進行現(xiàn)場碾壓施工工藝試驗，確定鋪松土厚度、碾壓遍數(shù)、壓實機械等參數(shù)。根據(jù)試驗獲得的參數(shù)指導現(xiàn)場施工。

3.2 基礎(chǔ)驗收前的準備工作

填筑施工前，對填筑基礎(chǔ)面進行清理及驗收，使用測量儀器檢測建基面的坡度或平整度，清除松土。渠堤建基面的范圍為堤身設(shè)計建基面邊線外50 cm。堤基范圍內(nèi)的坑、溝、槽等應(yīng)按堤身填筑要求進行回填。所有基礎(chǔ)面只有得到監(jiān)理驗收簽證之后才能進行下道工序的填筑施工。

3.3 水泥改性土料的攤鋪與平整

渠道的填筑分段分層進行，采用10～15 t自卸汽車運料、卸料，卸料間距根據(jù)碾壓試驗確定，采用推土機或挖掘機平整、人工輔助進行。

為提高填筑層與被保護坡面結(jié)合的質(zhì)量，被保護邊坡面需開挖成小臺階，臺階高度為每一層鋪土碾壓厚度。開挖臺階采用PC220挖掘機開挖，裝10 t自卸汽車運至附近的棄土場。為確保外坡角壓實度并適當考慮碾壓機械的工作面要求，改性土鋪料時需超填。超填土料按照1∶1.5左右的坡比放坡，并嚴格按照碾壓試驗獲得的參數(shù)控制鋪料厚度。根據(jù)不同的換填厚度，同一層以設(shè)計外坡腳為基準，頂部超填寬度不小于30 cm。

采用進占法鋪土，以避免卸料車對已鋪筑碾壓好的堤面造成過壓破壞。邊卸料、邊用推土機攤鋪，自卸汽車行走平臺及卸料平臺是該填筑層已經(jīng)初步攤平但尚未碾壓的填筑面；自卸汽車退行進入工作面，不準在工作面調(diào)頭。

攤鋪平整前，人工攤鋪出一塊標準面，推土機鏟刀貼近標準面進行攤鋪平整，鋪土厚度用30 cm量尺插入測量，隨鋪隨量，當整體鋪平后用水準儀控制高程，每層攤鋪平整后校核填筑邊線。

3.4 碾 壓

主要采用20 t凸塊振動碾施工，采用前進、后退全振錯距法碾壓，振動碾平行于渠道方向行走，前進、后退一個來回按兩遍計，振跡重疊不小于20 cm。將碾壓速度控制在2～4 km/h范圍內(nèi)，開始碾壓時采用慢速。碾壓層間需根據(jù)天氣和層面干燥情況灑水濕潤。對于局部邊角接頭處振動碾無法碾到的地段，采用人工蛙夯壓實或沖擊夯等小型設(shè)備夯實。

碾壓完成后，根據(jù)施工規(guī)范和設(shè)計要求，采用環(huán)刀法取樣進行壓實度檢測，填筑土料的壓實度按不小于0.98控制。如不符合要求，應(yīng)立即進行補碾；若補碾后仍達不到要求，需查明原因，采取調(diào)整含水量等措施后再進行碾壓，必要時將整層清除，確保填筑質(zhì)量。鋪料與碾壓工序宜連續(xù)進行，若填筑層檢驗合格后因故未繼續(xù)施工，或因擱置較久或經(jīng)過雨淋干濕交替使表面產(chǎn)生疏松土層時，復工前應(yīng)進行復壓處理。

3.5 結(jié)合面的處理

銜接部位的填筑應(yīng)在渠道斷面方向超填土料削坡之前完成。填筑時清除較早填筑體沿渠道方向的超填土料。在新老填料相接的坡面上，先將表面松土鏟除至已壓實合格的土層為止，坡面需經(jīng)刨毛處理并將含水量控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，才能繼續(xù)鋪填新土進行壓實。

分段間若有高差的連接，應(yīng)以斜面相接且其坡度不小于1∶6并隨填筑面上升進行削坡，削至質(zhì)量合格層。削坡合格后，應(yīng)控制好結(jié)合面土料的含水量，邊刨毛、邊鋪土、邊壓實。

填筑渠道與剛性建筑物相接時，施工應(yīng)符合下列要求：填土前，應(yīng)清除建筑物表面的粉塵及油污等；對表面的外漏鐵件(如模板拉模筋等)宜割除。填筑時，必須先將建筑物表面濕潤，邊涂泥漿、邊鋪土、邊夯實，涂漿高度應(yīng)與鋪土厚度一致，涂層厚度宜為3～5 mm，并應(yīng)與下部涂層銜接；嚴禁泥漿干涸后再鋪土、夯實。

3.6 削 坡

在改性土換填完成后、渠道混凝土襯砌施工前，人工配合挖掘機削坡。由有經(jīng)驗的挖掘機操作人員按設(shè)計坡比削坡，削坡方向垂直于渠道軸線，由上向下順坡進行。土料攏集于渠底后，裝車運出作業(yè)面。削坡時應(yīng)預(yù)留8～15 cm厚的保護層。預(yù)留的保護層削坡時，將挖掘機斗齒前焊接一塊厚約20 mm的鋼板作為“刮板”進行“粗削”，其長度同挖掘機斗寬，寬度約為15 cm，前緣與斗齒齊平，開挖方向垂直于渠道軸線，沿坡長自上而下將預(yù)留的保護層“粗削”至5 cm以下，然后架設(shè)削坡機“精削”剩余部分到設(shè)計斷面，期間測量人員全程檢查，直至坡面平整度和坡度符合規(guī)范要求。

4 雨季與冬季施工

4.1 雨季施工

(1)渠道土方的填筑應(yīng)盡量避開雨天施工。渠道開挖施工前，應(yīng)對穿越工程場地的地表和地下水采取妥善的截排措施，以保證填筑作業(yè)面干地施工條件。

(2)降雨到來之前，應(yīng)及時用平碾壓實作業(yè)面并做成中央凸起向兩邊傾斜。日降雨量大于50 mm時應(yīng)停止填筑施工；對已經(jīng)攤鋪好的改性土經(jīng)平碾壓實后及時用彩條布或薄膜覆蓋。

(3)對已填筑成型的渠堤，在填筑坡腳外設(shè)置排水溝并保持排水通暢，以利于雨水匯集排放。對修坡完成后的渠堤段鋪設(shè)塑料薄膜，防止雨水沖刷。對于填筑成型未修坡的堤段，在堤頂設(shè)置擋水土埂，坡面設(shè)置梯形埂以增強其抗沖刷能力，保護坡面。渠堤內(nèi)開挖應(yīng)帶有坡度，在內(nèi)坡腳處間隔設(shè)置齒槽以匯集雨水，有利于抽排，防止其長時間浸泡渠堤基礎(chǔ)。

4.2 冬季施工

(1)冬季土方填筑施工原則。

雨雪天氣不進行土方的填筑施工。為防止填土中含有凍土，鎮(zhèn)平三標均在溫度2 ℃以上進行土方的填筑施工。

(2)土料保護措施。

填筑用土料均集中堆存且高度大于5 m。由于土料場的儲存土和翻曬完后的碎土機碎出來的土均存在一定的含水率，在未進行土料填筑施工的時間內(nèi)，所有土料均采用1 mm厚的塑料薄膜遮蓋，選用料內(nèi)嚴禁有冰塊夾入土料內(nèi)。

5 施工質(zhì)量控制要點

水泥改性土換填施工過程中容易出現(xiàn)的問題有：土料拌合不均、層間結(jié)合面風干、漏壓、彈簧土等。針對以上問題，需要采取以下措施予以預(yù)防：

(1)為保證拌合土料的均勻性，除嚴格控制土料粒徑外，穩(wěn)定土拌合機拌合時間對土料均勻性的影響很大，拌合時間需通過試驗確定。

(2)填筑時采用進占法施工。由于換填的厚度較小，必要時可適當采用推土機推送。

(3)結(jié)合面的處理。碾壓時，由于受天氣影響，填筑層表面風干很快。為保證層間結(jié)合，在進行上一層鋪土施工前，需要對結(jié)合面灑水。

(4)水泥改性土拌制完成后，需要在現(xiàn)場取樣檢測拌合質(zhì)量，檢測時主要檢測拌合的均勻度以及水泥含量、含水量是否滿足要求。

(5)攤鋪時水泥改性土的含水率宜高于最佳含水率1%～2%，以補償在攤鋪及碾壓過程中的水分損失。

6 影響工效的因素

(1)工 序。水泥土施工的工序包括膨脹土料的運輸、碎土、拌制、碾壓、削坡等多個工序，在進行施工組織時需充分考慮。

(2)水泥摻量。因膨脹土料的性質(zhì)不同，水泥的摻量亦不同，故工效也不相同。

(3)碾 壓。渠道換填水泥改性土要求的壓實度高，工效較低。

(4)換填厚度及削坡處理。換填厚度對工程效率影響很大。換填厚度較小時，為保證填筑質(zhì)量、滿足碾壓機械的工作面要求，超填量所占比例較大，在削坡時投入的機械和人工數(shù)量較多，土料損耗較大，導致效率降低。

7 結(jié) 語

水泥改性土換填是南水北調(diào)中線渠道工程施工采用的關(guān)鍵技術(shù)，鎮(zhèn)平三標全長11.825 km，填筑水泥改性土方量高達127萬m3，以上實施的換填施工工藝基本上全程指導著施工。該工程于2014年底通水，渠道安全運行至今，說明該施工工藝是成功的。該施工工藝在膨脹土地區(qū)水泥土換填時可以做到連續(xù)施工，亦適宜開展大規(guī)模的施工，所取得的經(jīng)驗在今后的水泥土換填施工中值得推廣。