南水北调中线南阳段工程水泥改性土施工探析

□张攀辉（洛阳水利勘测设计有限责任公司）

□于晋轲（黄河勘测规划设计有限公司）

1.工程概况

南水北调中线委托河南省建设管理的南阳段工程共分4个设计单元，包括南阳膨胀土试验段、白河倒虹吸、南阳市段和方城段工程，总长97.62 km，其中膨胀土段渠段共70.52 km，约占南阳段总长的72.2%。南阳段工程布置各类建筑物176座，其中南阳市段69座、方城段102座、膨胀土试验段2座，白河倒虹吸工程及其控制闸、退水闸。南阳段批复概算总投资95.26亿元，主要合同工程量：土石方开挖约5270万m3，土石方填筑约2717万m3、混凝土约196万m3。工程共分为18个土建施工标，施工合同总额49.2亿元，合同工期30个月。

2.工程特点

南阳段工程地处南阳盆地，位于陶岔渠首至沙河南段，除具有南水北调中线工程一般特性外，南阳段工程具有以下显著特点：

2.1 战线长、工期紧、任务重

南阳段工程全长97.62 km，涉及南阳市2个县、3个区、20个乡镇116个行政村。由于膨胀土处理方案迟迟不能确定等原因，初步设计批复时间是2010年10月15日，其中强膨胀土段和中膨胀渠段设计变更方案于2011年8月底批复。经多方努力，南阳段工程于2011年3月全面开工，是中线工程开工最晚的渠段，合同工期30个月，较初设批复工期压缩3-4个月，工期十分紧张。

2.2 水泥改性土换填工程量大，施工强度高

南阳段工程膨胀土渠段长度70.52 km，占明渠总长78.5%。膨胀土含有较多强亲水性矿物质，强度受土体含水量和结构面发育程度的控制，一旦含水量发生变化土体迅速膨胀变形和开裂。如处理不好，会导致局部渠坡浅层边坡失稳和深层滑动失稳现象，影响渠坡稳定性和建筑物安全，给施工带来极大的技术难度。膨胀土试验段在施工和试验期间，先后发生6处大的滑坡。按照批复方案，膨胀土处理设计方案多为换填水泥改性土，对强膨胀土段和中膨胀渠段深挖段还需设置抗滑桩，挖深7～15 m中膨胀渠段是否设置抗滑桩仍需进一步研究。在招标完成后施工图阶段，由于处理方案的变化，水泥改性土换填工程量由招标阶段的570万m3增加到目前的990万m3，水泥改性土换填工程量大、施工强度高，对施工组织和管理带来一定困难。

3.水泥改性土施工进展情况

南阳段涉及水泥改性土施工的共16个标段，换填总量约990万m3。目前，共安装改性土拌和站33座，所有标段均已完成水泥改性土生产性试验，16个标段已开始水泥改性土施工（10个标段已开始抗滑桩施工，已完成50962 m），已填筑完成265.06万m3，占总换填量的26.8%。

4.水泥改性土施工存在问题及对策

从目前情况看，水泥改性土换填和土方填筑施工已成为制约整个南阳段工程进展的主要问题，如不抓紧妥善解决，可能对整个工期目标的实现造成大的影响。要解决这一难题，除要求施工单位加大资源投入、监理单位加强过程控制外，对一些客观存在的技术问题也需要实事求是的加以分析，采取综合措施，齐心协力加以解决。从南阳段现场施工情况看，主要存在以下问题：

4.1 碎土效率低

从南阳段水泥改性土施工情况看，改性土拌和站的实际生产能力仅能达到设备能力的50%左右。主要原因是土料含水率高、粘粒含量大导致碎土效率低。同时，将土料含水量降至适宜工序繁复、周期长，不能满足施工强度要求，施工成本增加较多。

针对南阳段土料含水率普遍较高、粘粒含量大的实际情况，为提高碎土效率，采取了以下措施：

土料场内加强排水，提前进行翻晒；有条件的在工作面利用旋耕耙等设备翻晒、碎土，必要时，拟征用临时土料晾晒场地。增加碎土机数量，提前碎土覆盖储存备用。借鉴淅川6标经验，拟对碎土机进行改进。鉴于改性土拌和站的实际生产能力仅能达到设备能力的50%左右、路拌机对土料含水率适应性好且碎土效果好，建议允许采用路拌机路拌法作为水泥改性土场拌法施工的辅助。路拌法须经现场试验并加强过程控制，保证施工质量。

4.2 水泥实际掺量大

在水泥和土料掺拌过程中，水泥的流量相对稳定，而土料的来量由于土料粘性大导致结块等原因而导致相对不稳定，实测成品料水泥含量EDTA滴定检测值一般大于掺定值。据统计，检测平均值大于掺定值约12%～20%。如南阳市段2标EDTA滴定检测水泥含量最小值5.2%，最大值6.7%，平均值5.6%。平均值5.6%较设定掺量5%大12%。

建议允许按实际水泥掺量调整换填单价。

4.3 “金包银”方案

南阳段半挖半填渠段地面以上设计为中间填弱膨胀土、外侧填水泥改性土的“金包银”方案，要求“金包银”填筑同步上升。按此要求，需待渠道开挖至设计断面后方可进行水泥改性土换填施工，水泥改性土填筑到原地面时，填方部分的弱膨胀土才可与改性土填筑同步施工。同步填筑要求占压减少了渠道工作面、增加了渠道开挖可利用土料二次转运工程量，客观上造成当前土方填筑作业面少，相当一部分渠段土方填筑施工强度达不到计划要求。

建议在质量受控条件下研究地面以下换填和地面以上土方填筑同步施工的可行性。

4.4 “过压”问题

南阳段渠道设计边坡分别为1：2、1:2.5、1:3和1:3.5，垂直换填厚度分别为1 m、1.2 m、1.5 m和2 m。渠道换填水泥改性土时，按设计超填宽度≥30㎝的要求，则相应的水平换填宽度约为2.9～8.4 m。目前，20T凸块振动碾的碾子宽度普遍为 2.2 m，碾压施工过程存在“过压”问题（施工技术规定要求碾迹重叠≥20㎝），增加了质量控制的难度。

4.5 “余料”问题

按《南水北调中线一期工程总干渠渠道水泥改性土施工技术规定》（NSBD-ZGJ-1-37）的要求：改性土铺料时需超填，超填土料宜按照1:1.5坡比放坡，顶部超填宽度≥30㎝。经计算统计，削坡量达设计填筑量的20%以上，削坡“余料”量很大。按设计要求，“余料”可用在一级马道以上渠坡、坡顶防水层、建筑物地基处理换填层、公路桥梁引道路基等次要部位回填。但在实际施工过程中，由于削坡与次要部位回填需求不同期或次要部位回填量小，将有相当量的“余料”要弃掉，增加工程成本和用地。

建议对“余料”使用部位要求进一步细化、明确，尽可能降低工程成本。

4.6 一排三覆盖

鉴于膨胀土和水泥改性土的特性，为保证水泥改性土施工的进度和质量，在取土场设置通畅的排水系统以最大程度地减少降雨对土料含水量的影响非常必要。同时，已精削坡待填筑的渠坡的及时覆盖、原土与已碎土储料的覆盖及水泥改性土中断施工时填筑面的覆盖，也至关重要。

建议对排水、覆盖投入成本较大的标段，根据具体情况给予适当补偿。

4.7 交流与引导

在南阳段改性土施工过程中，建管和监理注重组织了内部和外部的现场观摩、交流和学习，取得了较好的效果。同时，为规范水泥改性土生产性试验及成果的总结，建管处特聘专家编写了“关于水泥改性土试验报告的建议”，引导施工单位加强水泥改性土相关技术要求的学习，提高了水泥改性土生产性试验及成果总结质量，有力地推动了水泥改性土施工进度。