膨胀土渠道开挖与防护施工技术

王华侨

摘要：本文通过对我国膨胀土渠道的开挖问题进行分析，并提出一些措施，期望能更好的促进膨胀土渠道工程的发展。

关键词：膨胀土；渠道开挖；防护施工

中图分类号：TU443文献标识码： A

引言

膨胀土是一种分布较广、对工程建设危害性大的特殊性土，具有吸胀干缩、强度衰减的工程特点。南水北调南阳段总干渠分布近400km长的膨胀土(岩)段，其中南阳一标渠道多为中强膨胀土渠段。本文结合南水北调工程整个施工过程中发生的一些渠道变形破坏案例，根据“十二五”国家科技实施阶段支撑计划在膨胀土渠段所埋设仪器的观测数据，分析研究膨胀土渠道破坏形式的变形，并对相应的工程进行处理措施。

一、膨胀土特性

膨胀土是一种具有特殊性质的土，它失水收缩，遇水膨胀，膨胀土体内经常存在一些天然蜡状裂隙形成的滑面，在膨胀土基础上对工程进行修筑，在一定程度上会破坏工程，而且这种破坏本身有反复性和长期性；另由于膨胀土本身很高的粘聚性，当存在较大含水量时，施工机械对其进行搅动，很难晾干那些粘结成很高塑性的巨大团块，水分随着逐渐散失，降低土块可塑性，由于粘聚性的继续作用，逐步增大了土块的力学强度，从而加强土块的硬度，其难以压实、击碎，因此如果含水量高的膨胀土直接用作堤坝填料，将会施工难度逐渐增加，使得工期得到延长而且与此同时难以保证质量，因此，对于膨胀土问题应该被称之为“地质癌症”，是工程界世界性的技术难题之一。

表1膨胀土现场判别标准

二、膨胀土渠坡地质结构特征

膨胀土具有膨胀性、固结性和超裂隙等几个主要工程特征。膨胀土的膨胀性主要体现在遇水时会对水分吸收并且发生一些体积膨胀，在失水时会干硬体积收缩的发生。一般情况下膨胀性多在坡面有了一定的表现，而且在一定深度范围内;因为存在一些膨胀土土体中裂隙，因充填以及发育规模等因素对其产生影响，分割渠坡土体程不连续的块状，使得渠坡的整体性及均一性受到破坏。裂隙面具有失水时干裂张开，膨胀闭合吸水的特点。而土体中的裂隙又为地下水的运移、赋存提供了通道和空间，更加便利水的入渗;膨胀土的超固结性对其产生影响，随开挖深度的增加，开挖渠道时使膨胀土一侧变空，更加显著的体现膨胀土的超固结性，增大了土体的水平应力，加剧卸荷松驰。膨胀土其它特征还有:一般土体中含有一些钙质结核，其中粒径大小不一，其中含量的差异较大，而且某些部分由集成层;膨胀土中含有地下水，厚度不大，多为上层滞水，分布形状为断续状，而且一般水量较贫。

三、膨胀土防护施工工法

（一）渠道改性土防护施工工艺

结合相关技术规范以及本工程特点。拟采用水泥改性土防护开挖膨胀土后的进行防护处理。改性土施工前，首先应该加强对左岸截流沟进行施工，保证渠顶以上部分不会产生积水，附近农田雨水顺利通过截流沟排走。分段对改性土运输路线进行规划，保证施工过程中改性土顺利运至填筑作业面。改性土填筑尽量不要在雨天施工，开挖渠道施工之前，采取截排措施来完成穿越工程场地的地表地下水，作业面干地施工更好的保证。对于边坡及渠底出水段，填筑时集中埋管引排水的方式进行采用，作业面干地施工得到很好的保证。对于填方部分，与弱膨胀土同层填筑。

（二）保护层削坡对于改性土分离式施工部分，改性土铺筑前，先对边坡保护层进行削除，削坡至设计线。经四方联合验收后方可填筑改性土。

（三）水泥土运输采用自卸车运输至填筑工作面，采用“进占法”卸料，减少运输车辆对工作面的碾压。必要时采用推土机推送。

（四）摊铺

摊铺时水泥改性土的含水率高于最佳含水率1%一2%(3%水泥改性土为23.2%一25.2%.4%水泥改性土为22.5%一24.507o.5%水泥改性土为21.80Io-23.8%)，用来补偿在摊铺及碾压过程中的水分损失。

改性土铺上厚度30cm士2cm，采用推土机铺料和平铺。为保证碾压机械的工作面、确保边角压实度，铺上边线在水平面上超填，超填宽度>30cm。在摊铺的同时，采用推土机在坡面上推出台阶以保证土体的结合，台阶高度与铺土层厚相同，一般为30cm。在铺料过程中，严格按照碾压试验的参数控制铺料厚度，可用插钎检测。

由于受天气影响，建筑层表面风干很快。为保证层间结合，在进行上一层铺土施工之前，对结合面进行洒水。

（五）碾压

采用凸块振动碾进行碾压。碾压机械沿渠道轴线方向前进、后退，一个来回按两遍计，碾压重叠不小于20cm,静压两遍，动压十遍。碾压速度控制在2km/h范围内。碾压层间根据天气和层而干燥情况，洒水湿润。对边角接头处人型机械碾压不到、易漏压的地带，用人工采用蛙式打夯机进行夯实。

若保护层剥离后不能及时进行处理层施工，对开挖而进行防晒保湿防护处理。

土料经摊铺、晾晒达到可上堤填筑要求后，若不能及时实施全部碾压工序，必须先完成静压工艺，以防止水分变化。

压实后振动碾留下的凹凸碾印可不做处理，但如遇雨天时，必须及时覆盖以防止表面积水。降雨时停止施工，已经摊铺的水泥上快速碾压，封而并覆盖。

每层填土完成碾压后，在四小时内完成质量检测，在6一8小时内完成土层覆盖。如不能及时跟进的，对建基而做好防雨和保湿等施工期的保护措施，并防止人型施工设备在其上行驶。

填筑时超填，超填土料按1:1.5放坡，严格按照碾压试验参数控制铺料厚度。

水泥改性土换填过程中，从加水拌合到碾压终了时间不超过4h。碾压过程中如有弹簧上、松散上、起皮现象，及时翻开重新碾压并检测合格。

（六）开挖时将渠道左右岸两侧渠坡分开开挖，可尽量减少膨胀土渠坡开挖后的暴露时间，根据改性土拌和站生产能力，在施工准备工作充足的前提下，再进行另一侧渠坡开挖，从为避免渠坡暴露所产生的风化现象，与此同时，后续施工工序要及时跟上，在短时间内对膨胀土渠坡回填封闭，膨胀土边坡风化破坏通常是渐进性的，因此，渠坡应当且必须做好防水及周边排水措施，排水一定要畅通。

(七)若膨胀土渠坡不可避免受到风化破坏，在工程处理时，一定要彻底清除因冲蚀雨淋沟、风干碎裂及变形破坏的土体，并及时回填改性土对其进行保护，对来不及换填的渠坡应加以防护，以免再次遭受风化破坏。

(八) 对因风化情况所产生的雨淋沟，“硬壳”或遭受变形破坏的松动土体，在回填改性土前，安排人工配合机械将缺陷坡面彻底清理干净，特别是对发育较深的雨淋沟，在削坡过程中难于发现的易被掩埋的碎块状松动土体，更要注意检查。

(九) 若不能及时抽排对于降雨季节的渠道积水，建议在远离坡脚处开挖集水坑，从而防止坡脚膨胀土体软化情况的发生，为避免渠坡坡脚土体受积水浸泡软化而影响坡体的稳定性，采取分开开挖方式于渠底的左右两侧，以方便能及时用改性土进行回填封闭。

(十)如果没有及时处理已发生变形破坏的渠段，应该加以保护变形破坏范围内渠坡覆盖防雨材料，并采取压脚处理措施在前缘部位，防止破坏范围的不断扩大，宜尽快尽早安排处理措施，避免变形破坏严重而引起工程地质条件进一步的扩大恶化。

结束语

渠道开挖与防护施工工序繁多，使用机械较多，质量控制较难。在施工过程中要结合不同地质情况，对不同地质土采用不同施工方法，为施工进度提供便利，也为良好的施工质量打下坚实的基础。转序过程中要掌握好时间、天气情况、施工部位，对下一步施工做好准备，使改性土回填做到及时、有序，确保施工质量。

参考文献：

[1]于天光,张凯,周生展,高坤.砂砾改良膨胀土路基施工技术[J].施工技术,2014,05:97-99.

[2]强鲁斌,麻斌,薛永明,倪柱柱.膨胀土渠道坡面风化特征及处理措施探讨[J].人民长江,2014,07:39-40+73.

[3]颜天佑,蔡耀军,熊润林,吕国梁.膨胀土挖方渠道预支护多排微型抗滑桩设计[J].人民长江,2014,07:41-43+65.