引江濟淮工程膨脹土分析及應用要點

劉軍

引江濟淮工程由長江下游上段引水，向淮河中游地區(qū)補水，是以城鄉(xiāng)供水、江淮航運、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。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造成滑坡、結構變形等比例占32%，不僅造成了財產(chǎn)損失，甚至危及生命安全，因此對膨脹土穩(wěn)定問題的研究，對引江濟淮工程施工及運營安全有著重要的意義。

一、對膨脹土的認知

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，是遇濕脹、遇干縮，不斷變形的高塑性粘土，膨脹土按等級劃分為弱、中、強三類。根據(jù)自由膨脹率指標劃分，40%≤Fs＜60%為弱膨脹土，60%≤Fs＜90%為中膨脹土，F(xiàn)s＞90%為強膨脹土。膨脹土具有膨脹和收縮性、裂隙性、超固結性、遇水極具軟化和低滲透等特征，膨脹土對工程會造成嚴重危害，被建筑行業(yè)公認為較難處理的土體。

工程中膨脹土若不能正確處理，會導致基礎變形、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重的破壞，甚至造成巨大的經(jīng)濟損失?；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)性和反復性。為了正確識別膨脹土，同時根據(jù)膨脹土特性，制定科學、合理的處理措施，保證工程較長時間內穩(wěn)定，達到安全，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，膨脹土土體反復循環(huán)脹縮，伴隨著大量裂隙的產(chǎn)生，導致巖土性質弱化，力學指標衰減，強度參數(shù)降低，滲透性增加等，造成結構破壞。

2.受渠道開挖變形破壞

膨脹土具有超固結性，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力釋放。先從坡腳局部破壞，開挖深度越深，側向滑動荷載越大，然后向上逐級牽引形成膨脹土邊坡，或者造成結構面變化而滑坡。

3.受土體蠕動變形破壞

受雨水或地表水的浸泡影響，膨脹土發(fā)生淺表層蠕動變形，對渠道襯砌進行破壞，進而造成渠道、滲水、漏水，時間越長將對渠坡穩(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、防風化和防強度的劇烈衰減等角度，采用措施使土體形成與外部環(huán)境相對隔絕封閉。目前常用的處理方法有主動處理法和被動處理法。主動處理法有非膨脹土換填法、膨脹土水泥改性土換填法、鋪設土工膜法等；被動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用。根據(jù)引江濟淮工程實際地質情況及自身特點，項目以膨脹土水泥改性土換填法為主，該方法對水泥改性土生成的試驗分析、參數(shù)確定、施工方法、質量控制等要求高，本文在此進行介紹。

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，需將膨脹土進行改良處理。采用填料拌和機摻拌設備，將膨脹土料和5%的水泥充分攪拌均勻，利用兩者的物理及化學反應，改變膨脹土的力學性質，使土的強度、水穩(wěn)定性增強，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，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自身所產(chǎn)生的脹縮應力減小，防止產(chǎn)生邊坡滑坡危害。主要采用土料開采運輸→翻曬→碎土→水泥改性土拌制的流程進行改性處理。

1.檢驗及施工工藝試驗

施工前，進行室內試驗獲取土的含水率、粘粒含量、膨脹率、塑性指標、水泥摻量等弱膨脹土或中膨脹土土料的各項指標參數(shù)?，F(xiàn)場做碾壓施工工藝試驗，進一步確定施工所需的碾壓機械、碾壓遍數(shù)、壓實機械、以及鋪土厚度等參數(shù)。參數(shù)在整個施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場情況不斷調整。

2.開采運輸

土料采用挖掘機開采挖裝，自卸汽車運輸，推土機在堆放區(qū)推平，同時根據(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排水溝，出現(xiàn)地下水時，設置開挖滲溝及集水坑進行降水。土料開采時做到同層、齊頭并進，不得沒有規(guī)劃任意開采，同時采取立面開采或者平面開采的方式。開采出的土料運至堆放場堆放。

3.翻曬

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

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以上的鈣質結核應清除。土料采用液壓碎土機在拌和場內進行破碎，上料碎土、攏堆采用輪胎式裝載機進行，碎好的土料用塑料布進行臨時覆蓋。破碎的土料粒徑大小應符合相關技術標準要求。

5.水泥改性土拌制

水泥改性土集中拌制，通過試驗，繪制水泥含量標準曲線，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)定土拌合機拌制試驗，為拌合機設備運行提供拌合參數(shù)。土料、水泥和水的重量由拌合機的計量系統(tǒng)根據(jù)試驗確定的參數(shù)進行控制。拌合時間不得小于兩分鐘。拌合好的料原取樣進行均勻性檢測，不合格時應分析原因，必要時調整設備控制參數(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計摻量，也不得大于有關技術要求。

五、膨脹土水泥改性土的應用要點

膨脹土在換填前，清理干凈基面并經(jīng)驗收合格。采用臺階法進行攤鋪保證土體結合性，攤鋪厚度與臺階厚度一致。攤鋪時根據(jù)碾壓試驗所取得的參數(shù)嚴格控制攤鋪厚度，壓實度每層控制厚度為25cm，同時采用插釬法進行檢測。現(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%的壓實度。用羊角碾振動壓路機進行碾壓，碾壓完成后壓實度采用環(huán)刀法檢測，檢測合格后方可填筑下一層。

換填完成后，利用挖掘機進行削坡，人工配合施工。經(jīng)驗豐富的挖掘機操作司機先按照樣槽來進行削坡，削坡的方向與渠道的軸線垂直，從上至下順坡向進行。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送到拌合場再次拌合后使用。削坡時預留出5～10cm的薄土層，在挖掘機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留的薄土層，鋼板的厚約20mm，長度與挖掘機斗寬相同，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附近，隨“刮板”攏堆。坡面上按坡度放樣，每5m一個斷面釘木樁，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計和規(guī)范的要求。

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

六、結語

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