膨胀土渠道开挖与防护施工技术

■郭红军 ■中铁十三局集团第六工程有限公司，吉林 长春 130031

1 工程概况

南水北调中线一期总干渠陶岔渠首至沙河南段工程淅川－3标段位于河南省淅川县和邓州市，渠道长6.64km，过水断面采用梯形断面。渠道设计水深8.0m，渠道底宽19.0m。渠道开挖分为全挖方，半填半挖，挖方段最大开挖深度16.4m，土方开挖量353万m3，全部为膨胀土。

2 膨胀土特性

膨胀土是一种具有特殊性质的土，它遇水膨胀，失水收缩，膨胀土体内经常还存在天然形成的蜡状裂隙滑面。在膨胀土基础上修筑工程，工程常遭破坏，而且这种破坏常常具有反复性和长期性。由于膨胀土具有很高的粘聚性，当含水量较大时，一经施工机械搅动，将粘结成塑性很高的巨大团块，很难晾干。随着水分的逐渐散失，土块的可塑性降低，由于粘聚性的继续作用，土块的力学强度逐步增大，从而使土块坚硬，难以击碎、压实。因此如果含水量高的膨胀土直接用作路基填料，将会增加施工难度，延长工期并且质量难以保证。因此，膨胀土问题被称之为“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

3 膨胀土开挖施工工法

3.1 膨胀土渠道土方开挖

(1)在渠道开挖过程中，必须采取有效防护措施减少大气环境的影响，分层、分段开挖，一次工作面开展不宜过大，分段长度宜为150～200m。

(2)膨胀土渠坡开挖与坡面防护分级跟进作业，本级边坡开挖完成后及时进行边坡防护处理，单极边坡防护自下而上进行。在上一级边坡处理完成之前，严禁下一级边坡开挖。各级马道纵向排水沟应采用分段快速作业，方式在砌石联拱施工前完成。

(3)土方开挖按照从上到下分层分段一次进行，开挖层一次不宜超过3.0m，严禁采用掏根法挖土或将坡面挖成反坡。对同一个断面、同一开挖层，由中间向渠道两侧开挖。同一区段内开挖应同时平行下降，不能平行下挖时，则两者高差不宜大于一个台阶。

(4)膨胀土渠道土方开挖应按设计开挖轮廓线预留保护层，保护层厚度应根据不同渠段的地质条件确定，建议弱膨胀土预留保护层厚度不小于30cm，中、强膨胀土预留保护层厚度不小于50cm。

(5)对于中强膨胀土，在渠道设计开挖断面轮廓的坡脚处宜预留土墩，土墩宽度(底板宽度方向)2m，高度2m，土墩边坡与开挖轮廓设计边坡相同。

(6)渠坡马道纵向排水沟施工应分段或跳槽施工，随挖随筑，严禁一次开挖到位后久置，沟槽开挖完成到砌筑并回填密实的时间间隔不应超过4h。分段长度一般控制在10－20m范围内。纵向排水沟砌筑进度不得滞后开挖5m。当天开挖部分应全部砌筑完成，不得拖至第二天。下雨期间不得进行纵向排水沟施工。

3.2 保护层开挖与削坡

(1)保护层开挖应在换填土填筑施工或一级马道以上弱膨胀土进行坡面防护施工前进行，保护层开挖应集中力量快速施工，尽量缩短建基面暴露时间，保护层开挖完成后应立即组织后续项目施工。

(2)在开挖保护层削坡时，要严格按照设计开挖轮廓进行定桩、挂线;挂线时必须将线拉紧，尽可能保持坡面平整。

4 膨胀土防护施工工法

4.1 渠道改性土防护施工工艺

结合本工程特点以及相关技术规范。拟采用水泥改性土防护进行膨胀土开挖后的防护处理。

改性土施工前，对左岸截流沟进行施工，保证渠顶以上部分不积水，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。改性土填筑避开雨天施工，渠道开挖施工前，对穿越工程场地的地表地下水采取截排措施，保证作业面干地施工。对于渠底及边坡出水段，填筑时采用集中埋管引排水的方式，保证作业面干地施工。对于填方部分，弱膨胀土与改性土同层填筑。

4.2 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。

4.3 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。

4.4 摊铺

摊铺时水泥改性土的含水率高于最佳含水率1%～2%(3%水泥改性土为23.2% ～25.2%，4%水泥改性土为22.5% ～24.5%，5%水泥改性土为21.8%～23.8%)，用来补偿在摊铺及碾压过程中的水分损失。

改性土铺土厚度30cm±2cm，采用推土机铺料和平土。为保证碾压机械的工作面、确保边角压实度，铺土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。台阶宽度根据坡比1∶m进行计算。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。

4.5 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面干燥情况，洒水湿润。对边角接头处大型机械碾压不到、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，对开挖面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，已经摊铺的水泥土快速碾压，封面并覆盖。

每层填土完成碾压后，在四小时内完成质量检测，在6～8小时内完成上层土覆盖。如不能及时跟进的，对建基面做好防雨和保湿等施工期的保护措施，并防止大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土、松散土、起皮现象，及时翻开重新碾压并检测合格。

4.6 检测

碾压结束后，环刀法取样检测压实度，检测压实度满足≧98%并经监理工程师确认后方可进行下一层的填筑。

4.7 削坡

在换填完成后，人工配合挖掘机进行削坡。由有经验的挖掘机操作人员按样槽进行削坡，削坡方向垂直于渠道轴线，由上至下顺坡进行。削坡时预留5～10cm的薄土层。预留的薄土层削坡时，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，宽度约为15cm，前缘与斗齿齐平，开挖方向垂直于渠道轴线，沿坡长自上而下的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至挖掘机附近，随“刮板”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，挂线后进行钉桩加密，人工进行坡面整理，直至坡面平整度和坡度符合规范要求。

5 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。

［1］堤防工程施工规范.SL 260－1998.

［2］水泥改性土施工技术规定.NSBD－ZGJ－1－37.

［3］渠道膨胀土处理施工技术要求.NSBD－ZXJ－2－01.

［4］渠道工程施工质量评定验收标准.NSBD7－2007.

［5］南水北调中线一期总干渠陶岔渠首至沙河南段工程淅川段3标施工组织设计.