浅谈南水北调渠堤填筑施工质量控制

张 彬,杜耀斌

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局,成都,610225)

1 工程概况

南水北调中线元氏Ⅱ段工程位于元氏县境内,起点在龙正村西,总干渠桩号196+997.1m,终点位于元氏县与鹿泉市交界处,总干渠桩号212+180m。总干渠设计流量为220m3/s,加大流量为240m3/s,起点设计水位为78.864m,终点设计水位为78.174m,总水头差为0.69m,全长为15.1829km。其中,渠道长为14.9724km。本段渠道以挖方和半挖半填渠道为主,部分渠段为防洪堤修筑,渠道主体部分挖方总量为577万m3,土方回填量为126万m3,主要为黄土状壤土、壤土和砂质土。

根据相关规范和设计要求,填筑土料宜选用黄土状壤土、壤土等粘性土,粘粒含量宜为10%～30%,塑性指数宜为10～20,且不得含植物根茎、砖瓦垃圾等杂质。渠道填筑土料要求压实度为98%,干容重不应小于1.6g/cm3,含水量应控制在最优含水量附近,其上、下限偏离最优含水量不超过-2%～+3%。因此,在施工过程中,对填方土料、铺土厚度、碾压设备以及压实度的检测是质量控制的重点。

本工程全长为15.1829km,不仅沿线地形复杂、地质条件变化大,施工过程中还受外部环境、气候等多方影响。主要表现在以下几方面:(1)渠堤回填料来自渠道开挖,其填料黄土状壤土含水量波动大,粘粒含量不稳定,开挖断面多为夹砂层,施工取料难度大;(2)渠堤基础面多为农耕地,表层腐殖土覆盖较厚,施工设备清理工作量大,清理后表面仍有蚁穴、蚯蚓洞存在,影响后期施工质量;(3)沿线因当地老乡挖砂、文物部门考古及垃圾场、拆迁建筑物等原因,形成若干大小坑洞,按设计要求必须清理到原土基础,并开挖成1∶5的坡才能填筑,致使施工过程中质量控制难度加大;(4)在本标段有交叉建筑物18座,堤防与建筑物相接处是施工质量控制的重点;(5)本标尾端近2km地下水位较高,填筑基面清理及土料选择难度大。

2 渠堤填筑施工工艺

在填筑之前,选定与实际施工条件相仿的现场进行生产性碾压试验,同时还需进行含水量试验,确定填筑最佳含水量。如因含水量过高不能直接进行填筑,可就近选择临时堆土场进行晾晒等处理。通过试验确定填料的松铺厚度并确定合理的控制填层厚度、最佳含水量的控制,确定合理的机械、人员配置方案,确定合理的碾压方式及遍数。

渠堤填筑主要施工工序为:土料检测、测量放样、基面清理、铺料、碾压、检验等。其主要的工艺流程见图1所示。

图1 渠堤填筑主要工艺流程

3 渠堤填筑质量控制措施

3.1 填筑土料控制

3.1.1 土质的影响。由于我们采用渠道开挖料直接作为回填料使用,通过对渠线各段地质统计分析可以看出,挖方段土体结构类型为多层结构类别,地表至渠底多为上更新统的黄土状壤土,局部下部为中粗砂透镜体,渠底以下多为卵石、砾砂,开挖土料在性状上极不稳定。

3.1.2 含水率的影响。在同一压实功条件下,填土的含水量对压实质量有直接影响。较为干燥的土,由于颗粒之间的摩阻力比较大,因而不宜压实。当土具有适当含水量时,水起到润滑作用,颗粒间的摩阻力减小,从而更易压实。相比之下,严格控制最佳含水量,要比增加压实功能效果更佳。各种土的最佳含水量所获得的最大干密度,可由击实试验取得。图2为在渠道特定断面所做的土工击实试验,从而获得最大干密度和最优含水量,以利施工过程控制。

3.1.3 土料质量控制。为了加强对渠堤碾压回填质量的控制,我项目部制定了专项施工方案,从选料到回填碾压每道工序都进行严格控制。针对土料的不稳定性,在填筑土料施工前,每隔300m对土场内的上堤土料及地基土取样试验,以确保上堤土料和地基碾压的质量。试验项目包括击实试验、含水量试验等。土料取样一般用坑探法,探坑要有代表性,应涉及到土场平面及垂直断面的不同部位,由建设、监理、施工各方共同参加取样,试验由试验室检测并出具检测成果报告,作为质量保证的依据。土料含水率过大时,采用翻晒处理;土料含水率小时,采用洒水处理。夏季、冬季施工时,采用晚上上料、早上摊铺、下午碾压的方式进行。

图2 土工击实试验成果

由表2可知,本土样最优含水量为13.7%,最大干密度为1.81g/cm2。

3.2 基面清理

渠堤回填前,需清除表土厚30cm的树根、杂草、垃圾、废渣等表层土以及开挖区域内的其他障碍物。清理范围为堤身设计基面边线外50cm,基础清理完毕后应进行碾压,压实相对密度不小于0.85。如果表土清理不到位,存在蚁穴、蚯蚓洞和腐殖土时,会造成建基面与上层回填土接触不密实,后期会出现层面渗水或渠堤塌陷等现象。

因此在回填碾压施工前,将堤基范围内的腐殖表土等清除,并运至指定地点堆放。用推土机进行清表,清表厚度按30cm控制,清理范围为设计基面边线以外50cm;清理完成30cm后,如果还有腐殖表土、蚁穴、蚯蚓洞时,继续清理,直到满足设计要求。清理完成后,用压路机对基础面进行碾压、测量,并同时进行室内压实度检测。当基础面清理范围和压实度满足设计要求后,组织四方进行基础面隐蔽工程联合验收,验收合格方能进行土方上料。对于建基面因地形造成的坑、槽,按要求先削成1∶3～1∶5的坡度,碾压后先回填坑槽处,填平后再大面回填。

3. 3 铺土厚度

土在压实功的作用下,压应力随深度增加而逐渐减小,其影响深度与压实机械、土质和含水量有关。铺土厚度应小于压实机械压土时的作用深度,其中存在最优土层厚度问题。铺得过厚,要压多遍才能达到规定的密实度;铺的过薄,也会增加机械的压实遍数;只有恰当的铺土厚度,才能使土方压实而机械的功耗最少。

填筑以渠道平行线为基准,从最低处分层填筑,铺设宽度每侧均超出设计宽度50cm,以保证修整渠堤边坡后渠堤边缘处的压实度。每层填料开始前,用白灰标识超填50cm的填筑边线。铺土厚度根据试验确定为35cm。自卸车运输的土料采用进占法卸料,采用“算方上料、定点卸料、随卸随平、定机定人、铺平把关、测量检查”的方法,以保证铺土厚度均匀;采用TY160推土机沿轴线或平行轴线进行铺土、整平,人工配合,摊铺土料每边至少比设计宽出50cm(内坡为60cm)。

3.4 压实功

压实功能对压实效果的影响。填土压实后,其干密度与压实机械的压实功有一定关系。在开始压实时,土的干密度急剧增加,待到接近土的最大干密度时,压实功虽然增加许多,而土的干密度几乎没有变化。因此,施工时不能盲目过多地增加压实遍数,应严格按回填试验方案执行。

(1)碾压设备。选用20t的凸块振动碾,其优点是可调节变速,碾压后表面无需再刨毛;(2)碾压遍数。经试验段确定,先静压一遍,再弱振一遍,最后强振六遍。在施工过程中,现场质检员旁站,做好施工记录;(3)碾压机械行走速度。经试验段确定,行走速度确定为1.2km/h;(4)碾压轮基搭接尺寸。压路机要求轮基搭接尺寸为50cm。

在渠堤大量回填过程中,根据《堤防工程施工规范》(SL260-98)表6.1.2,压实机具选择20t凸块振动碾,其压实功能满足铺土厚度和土块限制直径要求。填筑前首先采用20t凸块振动碾对堤基底进行压实刨毛,碾压至设计压实度(0.85),经现场监理检验合格后实施第一层填筑。在实施回填前,对表面已风干的土层,应作洒水湿润处理。每层整平后采用20t凸块振动碾碾压,由堤边向堤轴线方向平行顺次碾压,前后两次轮迹横向重叠50cm;做到随铺随平随压,无漏角无死角,确保碾压均匀。

3.5 内坡、冲沟及沉降期控制

渠堤回填碾压,最关键和最薄弱的部位就是渠道内坡,一般碾压设备对临边位置的碾压最薄弱,碾压设备无法太靠边碾压,设备存在安全隐患。因此,内坡的压实度很难控制。对于高填方段,回填后要求有3个月以上的沉降期,无法及时衬砌,而北方气候变化明显,冬季最大冻土厚度达60cm,回填后需考虑渠堤防冻。内坡衬砌前,还要考虑雨季冲刷的影响,一旦衬砌边坡被严重冲刷,后期补填难度大,而且存在质量隐患。所以在回填过程中,内坡预留宽度为60cm的保护层,回填后必须预留3个月以上的沉降期,才能有效控制回填质量。

3.6 检验

碾压过程中由质检人员全过程跟踪检测,认真及时地填写各类数据。如填土出现弹簧、层间光面、层间中空、松土层或剪力破坏现象时,应立即处理,确保实体质量。对于渠堤的压实度检测由试验室人员完成,采取灌砂和灌水两种检测方法,取样选点按照规范要求随机选取,每层每单元不小于12个点,检测结果全部合格方准许下层施工。

4 结语

南水北调元氏项目部经过近一年的开挖回填施工,目前渠堤回填已全部完成。该项目由项目经理牵头、项目总工程师负责、质量检查组和质量保证组以及各劳务队质检人员组成质量管理组织,形成项目部、工程队和作业班组三级检测的质量管理网络;建立质量责任制,实行了目标管理;一级抓一级,层层抓落实,质量验收严格执行“三检制”;对隐蔽工程严格控制,派专人负责,责任到人。对于渠堤回填,从土料控制、基面清理、施工机具到最终检验,均做到了全程质控。渠堤回填总计完成评定1309个单元,优良率为95.61%,有效保证了渠堤回填的施工质量。

〔1〕张 生,张延东.堤防工程施工与质量控制.郑州:黄河水利出版社,2006.12.

〔2〕水利部淮河水利委员会.堤防工程施工规范(SL260-98).北京:中国水利水电出版社,1998.11.

〔3〕水利部建设与管理司.堤防工程施工质量评定与验收规程(SL239-1999).北京:中国水利水电出版社,1999.06.

〔4〕黄河水利委员会勘测规划设计研究院.碾压式土石坝施工规范(SL274-2001).北京:中国水利水电出版社,2002.03.