非膨胀土换填技术在南水北调工程中应用

摘要：以南水北调中线一期工程漳河北至古运河南（委托河北建设管理项目）SG2标非膨胀土换填为实例，指出了换填施工方法、步骤及各个工序环节工程质量控制要点，为后续非膨胀土换填施工提供参考。

关键字：膨胀土干场作业膨胀土开挖粘土换填

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

1、概述

膨胀土是一种含一定数量亲水矿物质（蒙脱石、伊利石、高岭石或混层结构）且随环境的干湿循环变化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、强膨胀土。南水北调中线一期工程总干渠漳河北至古运河南（委托河北建设管理项目）SG2标存在大量的膨胀土渠段，根据设计要求需对膨胀土进行换填处理，换土厚度依据膨胀土的膨胀等级及挖方深度选取不同的厚度，一般挖方段强、中、弱膨胀土的换土厚度分别为3.0m、2.0m、1.0 m，深挖方中膨胀土渠段56+013～56+352、58+413～59+303换填土厚度为2.5m。对一级马道以上的膨胀土，采用换土法处理强、中膨胀土，换土厚度为1.0m。

2、渠道膨胀土开挖与换填

2.1膨胀土开挖

正式开挖前，在开挖线外侧开挖截流沟，防止地表水流入开挖作业面，减少对开挖边坡的冲刷和侵蚀，保证干场作业。

采用反铲挖掘机开挖，自卸汽车将膨胀土运输至指定弃土场，推土机推平。

土方开挖按照从上到下分层分段依次进行，分段长度150—200m，分层厚度3m，对同一个断面、同一开挖层，由中间同时向两岸开挖，以利于层间排水。开挖过程中预留保护层，弱膨胀土渠段预留保护层不小于30cm，中、强膨胀土渠段预留保护层不小于50cm。

由测量人员在边坡上口线和坡脚放出控制线。控制线间距不大于20m。将原开挖预留的保护层用挖掘机开始削坡挖除，先根据上口控制桩，沿坡肩向坡脚方向削出1m宽的标准坡面。然后从开始削坡的部位，根据控制线沿渠方向削出1.5m宽的标准坡面，每隔15m削出一道1.5m宽控制标准坡面。挖掘机依据上口的1m宽控制面和沿渠每隔20m的标准控制坡面从一端向另一端进行削坡，从坡肩向坡脚削坡，每次宽度不大于1.5m，测量员按照提前做好的坡比尺随时检查坡比是否正确，及时调整。

对于排水段和非排水段渠基的保护层开挖时，为了保证干槽作业和以上的砂砾料的碾压施工，在开挖到基底时，靠近主渠道渠底坡脚1米处，采用小型挖掘机开挖尺寸为下口宽40cm，上口宽80cm、深度50cm的排水盲沟，盲沟渠底高程整个坡向下游坡比1:2000。盲沟内采用40mm中石填满，分段100m做一排水井，设置一台水泵将渠底水专人抽到主渠道外指定排水场地。换填前把盲沟整平，及时排水保证干场作业。

2.2永久排水设施安装

渠坡：先在管沟内铺10cm厚砂砾料，然后安装管道，安装完成后，用砂砾料填满管周围至换填土底边线。人工小型机械夯实。

渠底：挖掘机将原开挖预留的保护层35cm挖除，对于有外排部分需要将原开挖预留35cm保护层和新增加的30cm砂砾料厚度部位一同挖除，同时配合人工清理至设计渠底高程，验收合格后，铺一层30cm厚砂砾料压实，满足相对密度不小于0.7，然后按照设计要求的排水软管位置，测量洒出灰线，人工开挖排水软管管沟，管沟宽度30cm，将透水软管安装在管沟内，同时人工将砂砾料重新填回管沟内，人工轻型机械夯实管沟部位。

完成排水软管的安装和验收后，采用自卸汽车卸土至没有安装软管的部位，采用推土机在砂砾料上推铺换填土，厚度控制在35~40cm之间，即采用进占法上土。推土机摊铺推平后振动碾进行振压，满足设计要求的压实度不小于0.98，取样符合要求后进行上一层的回填。

排水段纵、横向集水暗管均采用软体透水管，软式透水管起终点及连接部位采用土工布包裹，渠坡透水管丁字和十字连接采用土工布绑接方式，渠底纵向集水管与横向集水管采用采用pvc四通连接。

2.3土方换填施工工法及程序

工艺流程：料区覆盖层清除土料开采运输摊铺碾压取样检测

（1）土料检验及工艺试验

在施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，进行现场碾压施工工艺试验，选择相应的铺土厚度、碾压遍数等碾压施工参数。

（2）料场覆盖层清除

在土料开采之前，首先进行料场的植被清理和表层土清除，采用推土机将各种树根、杂草、垃圾、废渣以及其他障碍物等清除陇堆，装载机装车、自卸汽车运输至指定区域堆放；采用挖掘机开挖表层腐殖土、有机层，自卸汽车运至指定的表层土堆放区堆放，留作复耕使用。

（3）土料开采运输

土料开采和运输采用反铲挖掘机挖装、自卸汽车运输到填筑现场。

开挖前要对取土场进行规划，减少水土流失。在取土场周围做好临时排水沟，修好临时道路；遇雨时，坑口坡道宜用防水编织布覆盖保护。

土料的天然含水量接近施工控制下限值时，宜采用立面开挖；若含水量偏大，宜采用平面开挖。当层状土料有须剔除的不合格料层时，宜用平面开挖，当层状土料允许掺混时，宜用立面开挖。

回填料的运输与开挖工序持续、连贯作业，以免周转过多而导致含水量的过大变化。不合格的土料严禁用于工程中。

（4）土料摊铺

一般采用进占法铺料，推土机摊铺压平。为保证碾压机械的工作面，确保边角压实度，铺土边线在水平距离上要进行超填50cm。在每层摊铺前，采用推土机在坡面上推出小台阶（俗称“开蹬”作业）以保证土体的结合。台阶高度为一层土料松铺厚度40cm，台阶水平宽度按照不同坡比换算为90cm~145cm。在铺料过程中，严格按照碾压试验确定的参数控制。为为增加结合层的稳定性，碾压面自渠道中心线向渠坡倾斜，坡度2%-3%。

（5）碾压

采用碾压试验选取的机械进行碾压，一般采用凸块振动碾。填筑时铺土厚度40cm左右，振动碾碾压。振动碾静压2遍，振动碾压8遍。碾压结束后取样检测压实度，非膨胀土换填层的压实度控制在不小于0.98，合格后进行下一层的填筑。

（5）削坡

换填完成后，人工配合挖掘机进行削坡。由有经验的挖掘机操作人员按样槽进行削坡，削坡方向垂直于渠道轴线，由上至下顺坡进行。土料陇集于坡下后，装车运至临时堆土场，经加水、破碎可以用于渠底或渠坡换填使用。削坡时预留5—10cm的薄土层，预留的薄土层削坡时，将挖掘机斗齿前焊接一块厚约20mm的钢板做为“刮板”，长度同挖掘机斗宽，宽度约为15cm，前缘与斗齿齐平，开挖方向垂直于渠道轴线，沿坡长自上而下的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”陇堆。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，挂线后进行钉桩加密，人工进行坡面整理，直至坡面坡度符合规范要求。

3结束语

本标段非膨胀土换填段施工完成后，经过半年多静置，没有出现滑坡、不均匀沉降等不良现象，这说明非膨胀土换填施工成效显著，换填技术是解决渠道膨胀土处理方法之一，为后续大范围渠道非膨胀土换填施工提供参考。

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方法(NSBD-ZXJ-4-01)

[2] 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)

作者简介：朱新瑞 （1964年） 男 河北省栾城县，高级工程师，主要从事水利工程施工、管理工作。