明渠土方填筑及压实度控制技术

2020-03-06景登凯

广西水利水电 2020年6期

景登凯

（中铁贵州工程有限公司，贵阳 550003）

1 工程概况

广西左江治旱驮英水库及灌区工程驮英东干渠、宁明干渠、客兰东干渠及驮英西干渠施工Ⅲ标段明渠，主要包括：改建明渠56.36 km，新建渠道4.4 km。客兰东干渠明渠长约56.36 km，占渠系的93.56%，大部分为旧渠加高扩建，桩号KD56+000～KD60+197 m 为新建渠道。明渠断面形式为梯形，底宽3～5 m，深约2.1 m，开挖边坡坡比1∶1.5，填筑边坡坡比1∶1.5，开挖侧高差4～6 m设马道，堤顶道路基本设在填筑侧，局部地势平缓处设双侧道路。渠道分为挖方渠段、半挖半填渠段、全断面填筑渠段。

明渠主要为山腹线，少量横断岭谷线、山腹线明渠主要以挖方为主，横断岭谷线以填方为主。明渠段大部分通过碳酸盐岩地区。

2 压实原理

土是由固体、气体与液体3部分组成的，通常称为土的三相组成，随着三相物质的质量与体积的比例不同，土的性质也不同。明渠施工破坏了天然土体状态，使其土粒重新组合，空隙增加，结构松散，使得土体的稳定性和强度降低。因此，若要提高渠基的稳定性和强度，必须对其压实。土体越密实，强度也越高，用压实机具对填土的碾压改变了土的三相比例关系，减少了孔隙率，增加了单位体积内的固体含量。被压实的土粒重新排列，单位重增加，粘结力增大，强度提高；通过压实使土粒外表的水膜减至更薄，增加内聚力，提高抗剪强度；通过压实使土壤中的空气排出，减少水孔隙率，增加密实度，提高土体的水稳定性，减少因冻胀而引起的不均匀变形[1]。

2.1 影响路基填土压实的因素

影响渠堤填土压实效果的主要因素有内因和外因两个方面。内在因素是填土性质的好坏、含水量的控制，外在因素是压实机具的型号、规格、碾压遍数、碾压速度、碾压振动频率、振幅、加水量的控制和周环境条件。

（1）土质的影响。土质的影响主要是考虑土体本身的质量与土体颗粒级配的情况。在明渠施工过程中，考虑到经济成本的问题，都会采取就地取材的原则。因土壤的颗粒大小和组成成分对压实度有较大的影响。所以土或近似土的材料是否易于压实取决于土的粒径、颗粒表面特征以及级配。粒径较大的中粒土比表面积小，颗粒之间的粘结力弱，易于在外力作用下产生位移而容易压实；粉土、粘土颗粒小，比表面积大，颗粒间薄膜水互相吸附作用较强，自由水排出困难，压实阻力大而难于压实。接近立方体、棱柱体的易于压实；薄片、长条多的难压实。颗粒表面有一定粗糙度的虽然阻抗力要大些，但在碾压过程中产生位移后能稳定在新的位置，而表面光滑接近圆形的颗粒，虽易于移动，但不易稳定，常难于压实。而土粒级配是否良好，决定了土体能否被压实到理想密度，级配良好的土，可以用较少的压实功压到要求的密实度，级配差或不含级配的土，尽管投入相当大的压实功，仍会留下很大的空隙。因此在填料选择时应优选用天然级配较好的中、粗粒土，砂性土，尽量避免使用粉土、粘土，光滑无棱又颗粒均匀等难于压实的材料。不同的土质，最大干密度和最佳含水量的数值也不一样，而且分散性越高的土，其最佳含水量值也越高，最大干密度值越低；砂性土压实效果优于粘性土[2]。

（2）含水率的影响。土中含水量对压实效果影响较明显，当含水量较少时，由于颗粒间引力使土保持着比较疏松的状态或凝聚结构，土中孔隙大都相互连通，水少而气多，在一定的外部压实功能下，虽然土空隙中气体易被挤出，密度可以增大，但由于水膜润滑作用不明显，以及外部功能还不足以克服土粒间引力，土粒相对移动很不显著，因此压实效果较差；含水量逐渐增大时，水膜变厚、土粒润滑、土块变软，引力减弱，施以外部压实则土粒移动而挤密，压实效果渐佳；在接近最佳含水量时，土中孔隙更少连通或不连通，孔隙中的水和气趋于封闭状态，压实时土内产生的孔隙水压力和孔隙气压力减低了击实功的作用，但这时最有利于土粒受击实时发生相对移动使土体密实，以致能压实到最大干密度，即在最佳含水量时，土的密度达到了该压实功能下的极限值，干密度不再提高；当含水量继续增加，孔隙中出现了自由水，压实时孔隙水不易排出，形成较大的孔隙压力，阻止了土粒的靠拢，所以压实效果反而下降。因此只有在土粒处于最佳含水量的情况下，压实效果最好[2]。

（3）填土厚度的影响。填土厚度均匀，易于压实，土粒之间更加紧凑，减少了孔隙率，增加气体的排出，提高了渠堤的稳定性和强度。

（4）碾压机具作用的影响。压实机具之间的搭配，施工中机具的配合尤为重要。推土机和平整机摊铺平整，压实机具压实，在大型机具压实不足或渠堤边坡没有得到充分的压实时，应采用小型压实机具压实。

3 施工方案

施工以挖、填平行作业为主线，采用综合机械化作业，确保填方、挖方地段的施工能力，同时统筹考虑渠堤施工与其它挖方工程的协调配合，充分利用各类合格挖方，衔接好渠基主体工程和配套工程的适时穿插，避免交叉施工干扰。

根据本标段的地勘资料，涉及开挖的石方量很小，因此全部采用机械强制开挖。

渠堤填筑采取纵向全幅分层填筑，分层压实，组织机械平行流水作业；填方按“三阶段、四区段、八流程”的施工顺序组织施工

4 施工工艺

（1）渠基填土施工方法。填土路堤采用我公司在公路施工中成熟的“三阶段、四区段、八流程”的施工工艺，平行流水作业，按照常规施工方法组织施工。

（2）压实度要求。填筑土料含水率与最优含水率的允许偏差为±3%。填筑的标准为当渠堤高度小于6.0 m 时，土方填筑压实度不小于0.91；当渠堤高度不小于6.0 m时，土方填筑压实度不小于0.93。石渣填筑的相对密度不应小于0.7。无粘性土的填筑标准为：当渠堤高度小于6.0 m时，相对密度不小于0.6：当渠堤高度不小于6.0 m 时，相对密度不小于0.65。利用石渣作为堤身填筑料时，其固体体积宜大于76%，相对孔隙率不宜大于24%。土方填筑前应将沟槽基底压实。梯形明渠填筑土料采用自卸汽车运输至填筑现场后进占法卸料，推土机摊铺，凸块碾或压路机碾压密实，局部边角部位采用蛙式打夯机或冲古夯等小型设备夯实。碾压层铺土层厚一般为25～30 cm，碾压参数由现场碾压试验确定。对天然含水率大于最优含水率3%的开挖土料可采取以下措施：①对含水率偏高的土料采取改善料场周边的排水系统，采取平面开挖分层取土，以及轮换掌子面开挖等工程措施；②雨天不能进行土方施工；③填筑士料时在渠道仓面上薄层摊铺，采用三铧犁进行翻晒，然后进行碾压密实。

5 控制渠堤压实的方法和措施

5.1 注意填料选择

用于填土工程的土料，必须符合相关要求和规范，或经过实验符合填土要求。含水量符合压实要求的粘性土可用作各层填料；碎块草皮和有机物含量大于8%的土仅可用于无压实要求的填方；淤泥和淤泥质土一般不能作填料；盐渍土的含量在规范限量以内时可作为填料。根据填方土料的品质不同分别采用不同的压实机械和压填方法。塑性指数或含水量较大的土料进行填土时，不应作为填土土料的选择，当开挖土料含水量较大时必须进行摊铺晾干或进行“砂化”处理。