南水北调南阳膨胀土渠道施工质量控制

□张官珍 □王为然 □李超峰（河南省河川工程监理有限公司）

一、工程概况

南水北调中线工程穿越膨胀土（岩）渠段累计长约386.8km，穿越膨胀土的渠段长度大，处理技术难度高，制约因素多。

整个试验段分为3个试验区，分别为填方试验区、弱膨胀土试验区、中膨胀土试验区。其中填方试验区又分为2个亚区、弱膨胀土试验区分为4个亚区、中膨胀土试验区分为7个亚区，每区长80～120m，根据试验目的布置了不同的试验方案。

二、膨胀土分类及特点

膨胀土除具有一般粘性土所共有的物理、化学性质外，主要由亲水性粘土矿物成分：蒙脱石、伊利石和高岭土所组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂的变形特征。根据膨胀土的物理、化学特性，膨胀土分强膨胀土、中等膨胀土和弱膨胀土三类。

膨胀土体中裂隙发育，一般土体的膨胀性越强，微隐蔽裂隙越发育。部分裂隙面光滑，并见有擦痕，裂隙内充填物强度低、膨胀性强。此外，部分土体中存在的层间结构面和大裂隙，一般为地下水运移通道，抗剪强度低，对渠道边坡的稳定极为不利。膨胀土由于沉积环境及矿物成分不同于一般粘性土，一般具超固结性，边坡开挖后易产生卸荷破坏。上述特点决定了膨胀土具有吸水膨胀，失水收缩的特性，吸水时体积扩胀具有较高的膨胀力，失水体缩变形较大。反复胀缩的结果使得土体结构发生破坏，力学强度随之降低,易发生滑坡。

三、膨胀土地区渠道质量控制措施

（一）熟悉工程水文地质条件

在南阳膨胀土试验段施工过程中，出现了多次深层和浅层滑坡，具有渠道中膨胀土渠段多，弱膨胀土渠段少，中膨胀土滑坡大而快，弱膨胀土滑坡小而慢的特点。土方开挖中后期和雨季施工期间，中膨胀土区段发生滑坡的可能大。这种规律性与水文地质情况有很大的联系，所以在施工中应了解地貌、地形形态、地下水类型及变化等，了解开挖地段有无浅层滑坡和地裂等不良地质现象，对地质报告中的各段地质情况要充分了解。

在渠道开挖施工期间，应加强地质查勘工作，重点地段应进行详细的编录和地质描述，特别是中膨胀土渠段有软弱带存在处、有渗水点处。各渗水出露点之间是否在同一层位，是否有上层滞水等情况要记录详细，仔细分析，早预防，提前处理隐患。可以采取挖除、换填、压实的办法对软弱带及时处理；对出水点、带采取引排、设置盲沟的办法，将地下水引流、排出，输导到排水系统中，提早给地下水找出路，避免渠坡受地下水的破坏。只有充分了解了开挖段的水文地质情况特点，才能在开挖时做到心中有数，以便检查在不利地质渠段施工方案是否有针对性措施，渠道开挖方案是否合理，做好质量的事前和事中控制。

（二）复核判定膨胀土类别

强膨胀土、中等膨胀土和弱膨胀土三类中，中、强膨胀土的土质特性最差，中等膨胀土次之，弱膨胀土较好一点。由于开挖改变了原有土的应力状态，造成局部土应力卸荷，打破了原有的土力平衡状态，易产生浅层或深层滑动，特别是强、中膨胀土区域原生和次生裂隙发育，裂隙的存在使沿裂隙面的强度较完整土体大大降低，所以膨胀土的判定正确有利于在开挖中针对性地采取措施，避免施工过程中造成滑坡。

在设计地质报告中对每段渠道膨胀土的类别一般都有判定，由于勘探设计的钻孔数量及分布的原因，可能与施工时的地质情况有所不同，所以在土方开挖时，根据开挖出的基面及时进行地质描述、土质判定，必要时抽取有代表的土样进行复核判定膨胀土的膨胀性。

（三）控制土方开挖进度

膨胀土地区渠道开挖进度应均衡进行，与后续处理方案有合理的衔接，开挖一段处理一段，合理确定流水开挖作业长度，均衡施工很重要。可在靠近渠道中心部位先行开挖一部分，留有足够的保护层，并尽量把开挖坡度放缓。南阳膨胀土试验段土方开挖分一级马道以上、一级马道以下和预留保护层开挖。边坡采用台阶开挖方式，先对一级马道以上开挖，完成后及时采取换填措施进行处理，然后开挖一级马道以下部分。考虑到膨胀土渠道边坡安全性，马道以上不换填不许进行下一步开挖，换填之前开挖保护层。

另外，同一区段内开挖宜同时平行下降。不能平行下挖时，则两者高差不宜大于一个梯段。最大限度避免由于开挖进度过快，后续渠坡换填土处理措施跟不上造成的滑坡现象。

（四）雨季施工膨胀土防护

膨胀土渠段的开挖施工应尽量避开雨季施工，膨胀土对于水很敏感，膨胀土的特性就是“湿涨干缩”，即遇水膨胀，失水收缩，所在的渠段容易引起滑坡，变形，冲刷垮塌。如开挖施工无法避开雨季时，应有有效防止雨水冲刷边坡和侵蚀渠底土壤防护措施，并避免遭受长时间浸湿或充水。施工时在坡顶及开挖马道上分级设置截、排水沟截排坡面雨水，必要时采用防雨布覆盖。膨胀土渠道坡顶排水至关重要，应尽量延长坡顶防水材料的宽度，跨越坡顶纵向排水沟，截断雨水坡顶入渗通道。

通过组织技术交底和技术专题会议的方式让承包人树立起边坡防护重要性的意识。在施工过程中，应采取必要的措施，尽可能减少对开挖线以外保留坡体的影响和扰动。边坡不得超挖，膨胀土开挖接近基底设计标高时，应在其上部预留一定厚度的保护层，待下一工序开始前继续挖除。开挖中注意检查预留保护层的厚度是否符合要求。开挖后对坡面含水量进行控制，不要造成含水量变化较大，渠段坡面应及时进行覆盖保湿，保证渠坡换填土结合面的质量。

（五）排除膨胀土滑坡诱因

在施工过程中，要求采取必要的措施，尽可能减少对开挖线以外保留坡体的影响和扰动。合理堆放弃土，堆土会增加渠坡上的荷载和侧向应力，还会形成积水下渗，合理规划施工临时道路，尽量减少施工重型车辆的干扰。

开挖前宜先按施工图纸的要求开挖并完成边坡上部截水沟的施工，开挖过程中的排水要畅通，以防止雨水漫流冲刷边坡。边坡开挖应随时做成一定的坡势，避免边坡稳定范围内形成积水。及时排除开挖时出现的地下水，及时排除坡底积水，保证干地作业，保护边坡坡脚的稳定。开挖时如出现地下水，及时组织建设、设计、施工单位会商协调，拿出处理意见。雨季施工时应密切关注上层滞水的变化,发现异常及时处理。

一级马道以上的砌体防护措施施工时，应注意施工顺序，必须先从坡脚排水沟开始施工，从下到上。排水沟分段开挖，开挖一段砌筑一段，每个施工段不宜过长，避免开挖卸荷造成坡面滑动。混凝土衬砌坡脚齿槽开挖同排水沟开挖要求，开挖一段浇筑一段。

四、膨胀土区段施工建议

一是膨胀土地区渠道开挖尽量避开雨季，开挖过程中如遇到雨天，应采取覆盖措施并及时抽排积水；二是配置地质工程师，重视膨胀土渠段水文地质复核，及时进行编录，特别注意存在上层滞水丰富和裂隙发育连续渠段施工防护；三是严防存在软弱带渠段边坡堆土。合理规划施工临时道路，减少施工重型车辆的扰动；四是重视渠坡稳定性预报，通过渠道施工过程中埋设的水压力计、含水量、位移计观测和平时现场查勘，尽量做好渠坡滑坡稳定性的预报；五是采用换填措施处理的渠坡，施工工期安排要充分考虑沉降稳定期。

五、结束语

通过在南阳膨胀土试验段的监理工作，深刻体会到了膨胀土在渠道工程中可能存在的危害性，特别是膨胀土的浅层和深层滑坡无论发生在施工过程还是投入运行后危害都很大。而且这种滑坡一般出现在开挖过程的后期，有的更是出现在膨胀土渠坡换填处理措施实施后，所以，为保证施工过程均衡开挖，尽量维持开挖后土力平衡状态，防止开挖坡面含水率发生较大变化，施工单位合理安排施工组织计划，监理机构加强过程管理尤为重要。

[1]刘特洪.工程建设中的膨胀土问题[M].北京：中国工业建筑出版社，1997.

[2]蔡耀军.南阳盆地膨胀土工程特性研究[J].南水北调与水利科技，2008,（1）.

[3]赵 旻.南水北调中线工程南阳膨胀土裂隙的再认识[J].资源环境与工程，2009（10）.