南水北调中线SG3标膨胀土施工技术

2012-11-25 00:22王小坡
水科学与工程技术 2012年3期
关键词:渠坡渠段渠底

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.

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