基于南水北调工程探讨膨胀土在施工中的处理方法与施工技巧

张红 冯新磊

摘要：膨胀土是一种具有特殊性质的岩土，其处理的技术难度、工程量和投资都比较大，是工程施工中面临的关键技术问题之一。膨胀土在施工中的问题涉及范围广、条件复杂，任何局部的边坡失稳、衬砌结构的破坏都将可能影响工程的工期。为了确保膨胀土施工段的安全、施工质量及施工进度。本文针对此探讨一下其在工程施工中的处理方法和技巧。

关键词：膨胀土；施工：技巧

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

膨胀土是土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成的一种土质，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。由于其特有的性能，给工程施工带来一定的难度，同时对工期存在着潜在的威胁。本文针对膨胀土土质特性，探讨其在具体工程施工中如何合理选择其施工方法和施工技巧。

以南水北调中线总干渠设计桩号为113+914～121+985段工程为例，简单介绍膨胀土在工程施工中的处理方法和技巧。为了验证可行性研究阶段提出的处理方案，进一步研究膨胀土的处理措施，尽可能控制工程成本，减少占地、缩短工期，在中线总干渠典型膨胀土渠段选择适当渠段，建设试验段工程，试验的主要目的是寻找替代换土方案及其他工程措施，通过试验段的实践，提前开展现场试验，提出既经济可靠又便于实施的膨胀土处理措施，为其他膨胀土工程建设提供依据。

1工程地质概况

南水北调中线工程总干渠渠段桩号113+914～115+353段，该段为冲积倾斜平原地貌，地形较平坦，地面高程87.0～94.7m，渠底高程约78.48～78.41m，渠道挖深约8.8～17.0m。地层岩性：上部以Q22壤土、粘土、含砾粘土为主，厚度5.0～13.2m，具极微～微透水性。下部为Q1弱膨胀土，钻孔揭露最大厚度20.3m，以弱膨胀为主。壤土Q2

渠道最大挖深17m，渠坡主要由Q2 2粘性土组成,稳定性较好。Q2 2壤土、粘土，Q1粘土。

桩号118+769～121+985段地形起伏较大，地层岩性：为粘砂砾多层结构，表层为薄层砾质粘土覆盖，厚度1.0～3.0m；下部为厚层具胀缩性壤土、粘土夹粉砂、中砂，壤土、粘土厚度3.0～15.0m，自由膨胀率36％～99％，以中等膨胀潜势为主。粉砂、中砂厚度1.5～8.0m。

渠道挖深5～16.6m，渠坡主要由具中等膨胀潜势的Q1壤土粘土夹粉砂及中砂构成，渠坡长期稳定性差，设计施工中应特别针对膨胀土的特性，采取相应有效措施。渠底及坡脚多处为粉砂。地下水分布极不均匀，水位高于渠底约1.5m～12m。

2膨胀土段开挖及换填施工工艺

2.1膨胀土开挖

在渠道开挖过程中，应采取有效防护措施，分层、分段开挖，土方开挖按照从上到下分层分段依次进行，开挖层一次不宜超过3.0m，严禁采用掏根法挖土或将坡面挖成反坡。对同一个断面、同一开挖层，由中间向渠道两侧开挖。同一区段内开挖应同时平行下降，不能平行下挖时，则两者高差不宜大于一个台阶。膨胀土渠道土方开挖应按设计开挖轮廓线预留保护层，保护层厚度应根据不同渠段的地质条件确定，建议弱膨胀土预留保护层厚度不小于30cm，中、强膨胀土预留保护层厚度不小于50cm。对于中强膨胀土，在渠道设计开挖断面轮廓的坡脚处宜预留土墩，土墩宽度（底板宽度方向）2m，高度2m，土墩边坡与开挖轮廓设计边坡相同。

在开挖过程中，在基坑内应结合施工组织，采取逐层设临时截流沟、逐层排水的方式，合理地分区、分片开挖，及时排走施工区的积水，尽量减少地表水和地下水对开挖施工的影响。由于膨胀土地层中存在初步设计勘察中难以发现的软弱结构面，开挖过程中可能发生不同规模的局部滑坡。出现滑坡时，应及时处理，再接着向下开挖；若分析预测存在较大的滑坡可能时，则应结合具体情况专门研究确定处理方案及施工作业程序。 在施工开挖过程中，应尽量避免大型的挖掘、碾压或吊装等重型设备在上一级马道和坡顶上行驶；避免在开挖好的马道上、坡顶及坡面堆放渣土和其他施工材料；不可避免时必须经过边坡稳定复核。当开挖作业面接近保护层时，应根据开挖揭露的地层情况，监视膨胀土地层分布、膨胀特性的变化情况，发现与设计勘探成果出入较大时，应及时通知监理人，开展膨胀性鉴别，并研究处置措施。当开挖作业面接近保护层时，定期测量校正开挖平面的尺寸和标高，按施工图要求检查开挖边坡的坡度和平整度。施工过程中，遇建基面不慎雨淋、泡水、失水干裂等情况，应将影响范围内的土体挖除。建基面不得欠挖，超挖部位不得以补坡、拍坡的形式处理。 开挖料运至指定地点堆放。弃土场弃料按照表层土、弱膨胀土和中强膨胀土分区域堆放。

2.2换填

根据图纸设计要求，进行换填，换填土料的选择为性能稳定的粘性土或沙石。

膨胀土换填施工过程中，配合换填层上升高度，自下而上逐层揭除临时防雨布，揭除防雨布后换填层填筑面以上外露裸坡高度一般控制在1～2m范围内。在高温季节施工时不应大面积裸坡，受填筑层厚度要求，施工中短期裸坡高度应控制在不大于0.5m范围内。对于未及时以换填土覆盖的裸坡，视天气情况进行洒水保湿处理，尽量利用大型花洒进行洒水施工，以保证洒水的均匀性。洒水量与洒水频率，视天气情况而定，以建基面含水量保持在天然含水量左右为控制标准，以保证建基面土体不会因为失水发生干缩变形而改变其强度。

填土过程中严格控制土的含水量，施工前检验土的含水量。当土的含水量大于最优含水量范围时，应采用翻松、晾晒、风干法降低含水量，或采取换土回填、均匀掺入干土等措施来降低土料含水率。如果含水量偏低，可采取预先洒水湿润。当用喷水器湿润前，先用秒表测量单位时间喷水器的流量，然后决定1m3及整个湿润地段的洒水时间。在气候干燥时，须采用加速挖土、运土、平土和碾压过程，以减少土的水分散失。

3.施工注意事项

用膨胀土作为地基填料时，其含水量应控制在最佳含水量的3%以内，掺灰处理后的膨胀土其涨缩总率接近零为佳；基础两边边坡部分和路基顶部要用非膨胀土作为封层，必要时需铺一层土工布，从而形成包心填方；填挖交接处2米范围内挖方基础表面上的土应挖台阶，翻松并检查其含水量与填土含水量是否接近，同时选择适宜的压实机具，使压实度达到规定要求；施工时避开雨季作业，加强现场排水；膨胀土基础上的强度及压实度应严格遵守国家相关规范。

结束语

依据膨胀土遇水膨胀，失水收缩的特性，故在工程施工中，采用抽取地下水降低地表水位，合理选择基础埋设深度，挖去膨胀土换填成性能较为稳定的粘土、沙石，灌浆加固等方法，本文依托“南水北调中线一期工程总干渠膨胀土试验段试验研究项目，对膨胀土施工技术、施工工艺等提出了自己较为具体的见解，对渠道膨胀土处理设计和施工具有一定的指导意义。

作者简介：张红，女，河南平顶山人，测绘工程专业，工程师，主要从事工程测量及工程施工方面的教学、研究。