明渠土方填筑及壓實度控制技術

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，開挖側高差4～6 m設馬道，堤頂道路基本設在填筑側，局部地勢平緩處設雙側道路。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。

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，隨著三相物質的質量與體積的比例不同，土的性質也不同。明渠施工破壞了天然土體狀態，使其土粒重新組合，空隙增加，結構松散，使得土體的穩定性和強度降低。因此，若要提高渠基的穩定性和強度，必須對其壓實。土體越密實，強度也越高，用壓實機具對填土的碾壓改變了土的三相比例關系，減少了孔隙率，增加了單位體積內的固體含量。被壓實的土粒重新排列，單位重增加，粘結力增大，強度提高；通過壓實使土粒外表的水膜減至更薄，增加內聚力，提高抗剪強度；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因和外因兩個方面。內在因素是填土性質的好壞、含水量的控制，外在因素是壓實機具的型號、規格、碾壓遍數、碾壓速度、碾壓振動頻率、振幅、加水量的控制和周環境條件。

（1）土質的影響。土質的影響主要是考慮土體本身的質量與土體顆粒級配的情況。在明渠施工過程中，考慮到經濟成本的問題，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，顆粒之間的粘結力弱，易于在外力作用下產生位移而容易壓實；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，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，但在碾壓過程中產生位移后能穩定在新的位置，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，盡管投入相當大的壓實功，仍會留下很大的空隙。因此在填料選擇時應優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，最大干密度和最佳含水量的數值也不一樣，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或凝聚結構，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，壓實時土內產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，土的密度達到了該壓實功能下的極限值，干密度不再提高；當含水量繼續增加，孔隙中出現了自由水，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，提高了渠堤的穩定性和強度。

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

3 施工方案

施工以挖、填平行作業為主線，采用綜合機械化作業，確保填方、挖方地段的施工能力，同時統籌考慮渠堤施工與其它挖方工程的協調配合，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。

根據本標段的地勘資料，涉及開挖的石方量很小，因此全部采用機械強制開挖。

渠堤填筑采取縱向全幅分層填筑，分層壓實，組織機械平行流水作業；填方按“三階段、四區段、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、四區段、八流程”的施工工藝，平行流水作業，按照常規施工方法組織施工。

（2）壓實度要求。填筑土料含水率與最優含水率的允許偏差為±3%。填筑的標準為當渠堤高度小于6.0 m 時，土方填筑壓實度不小于0.91；當渠堤高度不小于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小于0.7。無粘性土的填筑標準為：當渠堤高度小于6.0 m時，相對密度不小于0.6：當渠堤高度不小于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場后進占法卸料，推土機攤鋪，凸塊碾或壓路機碾壓密實，局部邊角部位采用蛙式打夯機或沖古夯等小型設備夯實。碾壓層鋪土層厚一般為25～30 cm，碾壓參數由現場碾壓試驗確定。對天然含水率大于最優含水率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，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，采用三鏵犁進行翻曬，然后進行碾壓密實。

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，必須符合相關要求和規范，或經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；淤泥和淤泥質土一般不能作填料；鹽漬土的含量在規范限量以內時可作為填料。根據填方土料的品質不同分別采用不同的壓實機械和壓填方法。塑性指數或含水量較大的土料進行填土時，不應作為填土土料的選擇，當開挖土料含水量較大時必須進行攤鋪晾干或進行“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行施工。填料采用挖掘機或裝載機裝車，自卸汽車運輸，100 m以內運距用推土機施工。推土機配合平地機攤鋪平整，振動壓實機壓實。

5.3 碾壓要點

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

（2）確定壓實機具參數。壓實機具的型號、規格選擇合理。碾壓遍數、速度，碾壓震動頻率、振幅按渠基碾壓前的試驗段確定的數據嚴格執行。碾壓軌跡之間的搭接控制合理，碾壓之后的路基保護措施要做到位。

5.4 外界環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。當渠基填筑完成，在晾曬下，出現開裂的情況，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行填筑。雨天不能進行渠基土方填筑。

6 結語

本文討論了明渠土方填筑影響因素，影響因素分為內在和外在影響因素。內在影響因素：土質、含水率；外在影響因素：填土厚度、機具碾壓強度，針對其影響因素采取相關措施來保證土方填筑的質量，包括土質的確定，合理的選擇壓實機具和碾壓后對渠堤的保護措施。