南水北调中线SG3标膨胀土施工技术

王小坡

（河北省水利工程局，石家庄050021）

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），且随着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。在进行土方开挖和保护层开挖过程中，需采取与常规土方开挖不同的方法，本文结合南水北调中线SG3标工程实例论述粘性土换填膨胀土地基在工程当中的应用。

南水北调中线干线总干渠桩号61+168～62+005、62+505～64+625、65+455～66+235为中等膨胀土渠段，67+505～67+966为弱膨胀土渠段，以上渠段需要对地基采取换填粘性土处理。

2 渠道膨胀土开挖及换填

2.1 膨胀土开挖

（1）本标段膨胀土渠段经现场查勘,施工范围内无地下水。

（2）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蹬挖除。

（3）采用1m3挖掘机倒退法自上而下进行开挖，分段长度150～200m，分层厚度3～5m，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。

（4）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5～10cm的薄土层，该薄土层开挖前将挖掘机斗齿前焊接一块厚约20mm的钢板作为“刮板”，长度同挖掘机斗宽，宽度约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。

（5）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%。

膨胀土开挖流程见图1。

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100～200m，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，并确保以下几点要求：

（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，土料粒径小于等于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。

2.2.3 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蹬挖除。

（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。渠道换填前，先换填渠底5～6层（换填2m）/2～3层（换填1m），然后分层换填渠坡并预留30cm余量，铺料采用进占法，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30cm高度为1层土料松铺厚度的小台阶（开蹬），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100～200m。

（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。

2.2.4 压实作业时要求

（1）分段填筑，各段设立标志，以防漏压、欠压和过压。上下层的分段接缝位置错开。

（2）碾压机械行走方向平行于堤轴线。

（3）分段、分片碾压，分段处留有1∶5的斜坡，搭接处的密实度一致，相邻作业面的搭接碾压宽度，平行堤轴线方向不小于0.5m；垂直堤轴线方向不小于3m。

（4）振动碾压实作业，采用进退错距法，碾迹搭压宽度大于30cm。

（5）机械碾压时控制行车速度，控制在2km/h以内。

（6）机械碾压不到的部位，辅以轻型夯实机具夯实，夯实时采用连环套打法，夯迹双向套压，夯压夯1/3，行压行1/3；分段、分片夯实时，夯迹搭压宽度不小于1/3夯径。

（7）每一填土层按规定的施工参数施工完毕后，经监理单位检查合格后继续铺筑上一层。

（8）用振动碾碾压粘性土填筑层，在新层铺料前，对压光层面进行刨毛处理，刨毛深度2～3cm。

2.2.5 已完成换填段保护

（1）堤顶做挡土土埝，每100m在外坡设置排水沟，用塑料布做防冲层。

（2）小心看护防止人为破坏。

3 施工当中的难点及控制重点

由于膨胀土具有干燥收缩、吸水膨胀、强度衰减、易失稳滑坡等特性，因此控制膨胀土渠段如何控制膨胀土基础面处于相对稳定的环境中，防止膨胀土基础面的含水量发生较大变化，造成土体强度衰减、失稳滑坡是膨胀土渠段施工当中的难点和控制重点。

3.1 膨胀土开挖保证措施

开工前，认真排好施工进度计划，合理安排开挖与填筑施工的各工序，工序紧密衔接。开挖完成后，基础面及时验收，及时进行回填，防止开挖面长时间暴露于空气中引起开裂。另外及时收听天气预报，遇阴雨天气，提前做好已开挖面的保护，防止雨水浸泡土体引起失稳滑坡。开挖前，认真熟悉施工图纸、施工技术要求等施工要求。首先进行施工放样，撒白灰标识开挖线，白灰线距永久边坡边线1m；再进行机械开挖，在机械开挖过程中测量随时进行复测控制坡比和保护层厚度，防止超挖造成保护层厚度不足。在进行保护层开挖时由渠坡到渠底进行开挖，测量先复测预留保护层厚度并放桩挂线，再进行机械配合人工开挖。

3.2 土方换填保证措施

换填前将渠坡上杂物、大块等清除干净，基础面验收合格后，严格按碾压试验所确定的参数进行施工，控制好土料来源和铺土厚度。在进行下层土铺土做业前，渠坡进行开蹬与换填土体有效结合，换填土结合面进行刨毛和洒水湿润。每层回填土经试验合格后再进行下一层施工。如果检验不合格，再次进行碾压，直到检验合格后才能进行下一道工序。

3.3 换填段保护措施

（1）雨天不进行换填作业，雨前及时碾压，对于不能碾压的及时平整并用塑料布做防冲层，防止雨水入渗。开挖基坑外侧设排水沟防止雨水汇入基坑。

（2）冬季来临前，对于开挖未能进行换填的，开挖时按设计断面预留50cm保护层，防止换填基础面出现冻土现象，待冬季过后再进行保护层开挖；对于已换填未能进行衬砌的，换填按设计断面预留30cm保护层并换填到渠顶，防止衬砌基础面出现冻土，待冬季过后开挖保护层进行衬砌。对于未能换填至渠顶的，冬季来临前覆盖50cm保护层，防止未换填到渠顶的换填基础面出现冻土。

4 结语

换填法是最环保、最有效的方法之一。在整个施工过程中，每道工序衔接紧凑，防止出现土体失水而不合格或遇水膨胀失稳滑坡等现象。尤其在开蹬过程中，随开蹬随铺土，避免新鲜的膨胀土长时间暴露在空气中。

［1］GBJ 112—87，膨胀土地区建筑技术规范［S］.

［2］河北省水利水电第二勘测设计研究院.南水北调中线一期工程总干渠河北省邯邢段主体工程施工技术要求［R］.2010.

［3］长江勘测规划设计有限责任公司.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）［R］.2010.