浅析渠道膨胀土的施工作业方法

摘要：针对膨胀土对渠道的不利影响南水北调中线一期工程总干渠陶岔~沙河南段南阳段第一施工标段工程实例，提出保证膨胀土渠段水泥改性土换填施工质量、满足设计要求、经济可行的施工方案，为后续膨胀土渠段施工提供重要的参考方法。

关键词：膨胀土;干场作业;开挖;换填施工;

Abstract: Based on the engineering practice of main canal of the first-stage project of South-to-North Water Diversion, this paper puts forward the feasible contruction planning that guarantees the cement modified soil replacement construction quality of the expansive soils section and meets the design requirements, providing important reference for the follow-up expansive soils section construction.

Keywords: expansive soils; dry operation; excavation; replacement construction

中图分类号：TQ639.2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1、概述

膨胀土是一种含一定数量的亲水矿物质(蒙脱石、伊利石、高岭石或混层结构)，且随着环境的干湿循环而具有显著的干燥收缩、吸水膨胀和强度衰减的粘性土。根据其膨胀率分类，膨胀土可分为弱膨胀土、中膨胀土和强膨胀土。南水北调中线一期工程总干渠陶岔~沙河南段南阳段第一施工标段存在大量的膨胀土渠段，需要进行特殊处理，设计提出水泥改性土换填方案。根据设计方案，施工单位总结出了一套对应的膨胀土施工方案。

2、渠道膨胀土开挖及换填

2.1膨胀土开挖

（1）开挖时渠坡、渠底中强膨胀土预留50cm保护层、弱膨胀土预留30cm保护层，施工前将渠底保护层挖除，及时验收，验收合格后及时回填，渠坡保护层在换填过程中随回填随开凳挖除。

（2）采用1m³挖掘机倒退法自上而下进行开挖，分段长度150m～200m，分层厚度3～5m，用自卸汽车运输至弃土场，推土机推平。对同一断面、同一开挖层，由中间向左右两岸开挖，以利于层间排水，且随时做成一定坡势，以利排水。为防止降雨形成地表径流冲刷边坡，开挖渠段的渠道两侧结合永久截留沟，开挖施工排水沟，有效截断地表径流，避免冲刷边坡。

（3）渠坡、渠底中强膨胀土预留50cm保护层、弱膨胀土预留30cm保护层，待下道工序开工前，人工配合挖掘机清除保护层。在测量人员的指挥下，用挖掘机在坡面上每隔10m开挖出样槽，由有经验的挖掘机司机按样槽进行保护层开挖，挖掘机开挖方向垂直于渠道轴线，由上而下顺坡开挖，土料拢集于坡下后，装车运至指定地点。开挖时距离建基面预留5～10㎝的薄土层，该薄土层开挖前将挖掘机斗齿前焊接一块厚约20㎜的钢板作为“刮板”，长度同挖掘机斗宽，宽度约为15㎝，前缘与斗齿齐平，开挖方向垂直于渠道轴线，沿坡长自上而下将预留的薄土层刮除，人工用平头铁锹将坡面遗留的松土清除并拢堆，在坡面上钉木桩，每5m作为一个断面，按坡度放样，在桩位上固定尼龙线，人工对坡面进行适当整理，直至坡面符合规范要求。

（4）由于渠道膨胀土换填段比较长且新建建筑物较多，因此在这些交叉物之间，渠道右侧设置进场道路，路宽7m，坡度10%。

2.2土方换填施工方法和程序

2.2.1施工准备和土料试验

（1）根据已知基点测设渠基换填基线，并引桩到渠基范围以外。

（2）直段每100m，平曲段处每50m或更小，测设施工样架。

（3）开工前对料场进行复查，然后对土料进行检测，通过室内试验，取得土料的自由膨胀率、粘粒含量、塑性指数等物理试验资料，进行击实试验，取得最优含水量、最大干密度参数。根据室内试验取得的参数对用于换填的土料在开工前进行碾压试验。

（4）选择碾压机械的类型，确定铺土厚度、碾压遍数等施工参数。

2.2.2土料的开采

其施工程序为：清表料场建设土料开采取土场填。

（1）取土场开挖前用推土机推除表层的杂质、耕作土、植物根系，并推到一边留做复耕使用。

（2）料场建设：料场周围布置截水沟，并做好料场排水措施。

（3）为保持含水量均匀、消除大块粒径，开采后对土料进行拢堆和翻松，对局部含水量偏低的土料进行洒水调整，对含水量超标的进行翻松晾晒。调整含水量，视现场情况安排在填筑现场或取土场。

2.2.3土料运输和铺料

换填土料利用合格开挖土，本着低土低用、高土高用、近土先用、远土后用的原则进行挖填土方调配，采用流水作业的施工方法，分段施工。作业面50～100m，作业面分层统一铺土、统一夯实，推土机配合人工平土，设计边线外侧超填30cm，最后削坡成型。铺料作业采用自卸汽车卸料，推土机平料，并确保以下几点：

（1）按设计要求将合格土料铺至规定部位，使用推土机平料。

（2）采用进占法施工。

（3）通过碾压试验确定铺料厚度30cm、土料粒径≤15cm。

（4）采用XSM220型振动碾静压2遍、振动碾压6遍，最优含水量控制在15.7%左右，现场控制干密度为1.72g/cm3。

（5）为保证碾压质量，防止雨水冲刷，在设计边线外侧超填一定余量，机械铺料余量为30cm。

2.2.4换填作业面布置

（1）保证干场作业，随换填层上升高度，逐层将渠坡保护层开凳挖除。

（2）换土施工由底至高分层摊铺碾压上升。为防止扰动渠底建基面。先换填渠底，然后分层换填渠坡并预留30cm超填余量，铺料采用进占法或后退法，推土机配合人工平整，振动碾碾压，待渠坡换填完毕后，再利用渠坡削坡土将渠底填筑设计换填高程。每层摊铺前，采用推土机在坡面上推出宽度不小于30㎝高度为一层土料松铺厚度的小台阶（开凳），以保证土体结合。

（3）为增加边坡换土层稳定性，斜层摊铺碾压自渠道中心向渠坡中心向渠坡倾斜坡度2%～3%,并对渠坡基土逐层开凳铺土碾压，压实度不小于0.98。

（4）分段作业面50～100m。

（5）作业面分层统一铺土、统一碾压，整平使用推土机，避免出现界沟。

（6）已铺土料表面在压实前被晒干时，洒水湿润。

（7）若发现局部“弹簧土”、层间光面、层间中空、松土层或剪切破坏等质量问题时，及时翻松重新碾压或挖除，重新铺土碾压，并经检验合格后，铺填新土。

（8）施工过程中保证观测设备的埋设安装和测量工作的正常进行，保护观测设备和测量标志完好。

（9）渠基换填完毕后，作整坡压实及削坡处理。在测量人员的指挥下，用挖掘机在坡面上每隔10m开挖出样槽，由有经验的挖掘机司机按样槽进行保护层开挖，挖掘机开挖方向垂直于渠道轴线，由上而下顺坡开挖，土料拢集于坡下后，装车运至指定地点，经加水破碎后重新利用。削坡时距离建基面预留5～10㎝的薄土层，该薄土层待下道工序施工前再清除。该预留部分清除时将挖掘机斗齿前焊接一块厚约20㎜的钢板作为“刮板”，长度同挖掘机斗宽，宽度约为15㎝，前缘与斗齿齐平，开挖方向垂直于渠道轴线，沿坡长自上而下将预留的薄土层刮除，人工用平头铁锹将坡面遗留的松土清至挖掘机附近，随“刮板”拢堆。在坡面上钉木桩，每5m作为一个断面，按坡度放样，在桩位上固定尼龙线，挂线后钉桩加密，人工对坡面进行整理，直至坡面符合规范要求。

3、结束语

在施工过程中本方案技术可行、经济合理、安全可靠。施工完成后，膨胀土渠段换填完成的部位经过半年多的静置，未出现滑坡、沉降等不良现象。本施工方案适合于无地下水的膨胀土渠段换填施工，当出现地下水时，根据现场实际情况另行研究地下水的排降水方案。

参考文献：

[1] 南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工技术要求(NSBD-ZXJ-2-01)

[2] 南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土施工工法(NSBD-ZXJ-4-01)