南水北调中线一期工程总干渠膨胀土施工探析——以邢石界至古运河南渠段SG13标膨胀性土段为例

张志丰

(辽宁瑞宸工程建设监理咨询有限公司，辽宁沈阳110623)

1 工程概况

南水北调中线一期工程总干渠邢石界至古运河南渠段SG13标施工标段位于河北省鹿泉市境内，起点位于元氏县和鹿泉市交界处后黄家营村，终点位于石家庄市和鹿泉市交界处台头村;起点总干渠桩号212+180，终点总干渠桩号224+966，施工标段全长12.786 km。根据设计勘察发现部分渠段存在膨胀土需进行非膨胀土换填，其中弱膨胀性膨胀土合计325 m，中膨胀性膨胀土合计575 m。根据设计要求对其进行换填处理:弱膨胀土段渠坡换填壤土厚度约1.0 m，下设0.25 m砂砾料、400 g/m2土工布，渠底换填1.1 m，下部为0.35 m壤土，中部为土工布包裹0.25 m级配卵石，上部为0.5 m壤土。中膨胀土渠坡换填壤土厚度2.0 m，下设0.25 m砂砾料、400 g/m2土工布，渠底换填2 m，其中下部为1.25 m壤土，中部为土工布包裹0.25 m卵石，上部为0.5 m壤土。

2 施工主要内容

膨胀土施工的场外交通利用京赞线和石铜公路，场内交通利用渠道左侧修建的7.0 m宽的施工便道，以便于换填土的运输。本工程施工及生活用电以电网供电为主，备用柴油发电机组以防暂时性停电时满足生产用电的需求。膨胀土施工现场所需用水，配备1台洒水车用以满足现场时的施工用水。所在地区属无线网络服务区，手机可直接用于通信联络。为保证本工程通讯畅通，所有管理人员均配置手机，保证对内与对外的通讯联络。临时房屋主要利用金河营地内的临时房屋和施工现场搭设的移动彩钢房，用于施工过程当中人员的休息和临时办公使用。

3 膨胀土施工分析

现以222+175～222+275段100 m弱膨胀土段为试验段，先进行膨胀土施工，以指导后续膨胀土换填工程施工。

3.1 开挖施工

膨胀土开挖过程中，在有上层滞水的地带采取逐层设临时截流沟、逐层排水的方式，有效减少边坡失稳现象，对边坡的保护和设计断面的形成有重要作用。

3.1.1 施工降排水

进行渠道正式开挖之前，在总干渠渠道左侧一级马道外边缘开挖临时截流沟，截流沟宽度50 cm深度50 cm，排水方向由南向北，位置与一级马道上设计永久排水沟重合，下铺复合土工膜，一级马道做成向渠道外侧坡度，坡比1%;渠道右侧无马道的堤顶，做坡度坡比1%，西高东底，将雨水等外水排除到坝体外侧，从而减少外水对开挖边坡的冲刷及侵蚀。施工采用井点和明排结合的排水方式进行降低地下水，在开挖前期在左右衬砌板下坡脚向渠道中心位置1.3m处。准备先期开挖排水沟，开挖分三步，第一层排水沟深度比开挖深度高程低50 cm，底宽2 m，坡度为1:1，过程中需不断排水保证干场作业，第一层开挖后，第二层开挖前在相同位置开挖宽2 m排水沟，排水沟高程高于换填基面0.5 m，进行不间断排水，保证土方开挖顺利进行;保护层开挖前，在相同位置开挖宽度0.7 m，深度低于换填建基面1 m盲沟，并沿渠道中心线方向每50 m设一道横向盲沟，盲沟采用聚酯长丝针刺土工布(400 g/m2，厚度大于2.8 mm)包裹520 mm粒径碎石，碎石压实复合渠道施工设计技术要求，以保证排水通畅，做到随开挖随回填碎石，防止排水沟坍塌，排水沟永久保留，后期作为渠道衬砌施工降排水通道，保证渠道衬砌顺利施工。并根据现场水位情况，每隔25 m布置集水井，集水井底高程低于换填建基面2 m，积水井采用φ40无砂管布置，周边采用土工布包裹碎石回填，集水井内置2.2 Kw功率的水泵，及时将水排至渠道右岸绿化带排水沟内，保证开挖面无明水。渠道衬砌混凝土施工完成后，对降排水井采用中粗砂进行分层回填处理，在回填至距离无砂管顶端0.5 m高程时采用粘性土回填并夯实处理。

3.1.2 土方开挖

渠道开挖前测量队进行开挖边线放样，每个施工段埋设不少于4个控制桩，并洒白灰线控制开挖边线。土方开挖按照从上到下分层分段依次进行，计划100 m为一个施工段。开挖层一次不超过4 m。渠道土方开挖平均深度在6.5m左右，表层土下部土方采用1台CX360B挖掘机、1台PC220挖掘机后退式开挖方式，分两层挖至渠底50 cm保护层。第二层土方开挖前，在第一层开挖后的基坑的端部，设置一条坡度不大于1:8的上坡道，用于第二层和保护层开挖时的通行土方运输设备。渠坡土的开挖，根据设计图纸原始地面线以下坡面需进行砂砾料铺设，原始地面线以上无砂砾料铺设，开挖必须清除已回填地面线以上土方。由于渠坡回填已完成并预留了50 cm保护层，开挖坡长约19.5 m，开挖需挖至砂砾料换填基面，开挖方量较大，我部计划用两台挖掘机进行削坡，上侧挖掘机先进行开挖，开挖土放置于下部坡面，下部挖掘机倒运并进行下部边坡土的开挖装车，由于土料在倒运中掺杂了膨胀土，已无法换填使用，所以运至西郭庄弃土场进行弃土。弱膨胀土渠段以及中膨胀土渠段预留保护层厚度不小于50 cm。

3.1.3 基面防护

膨胀土开挖基面的临时防护措施采用防雨布进行防护。坡脚、坡顶及坡面搭接处用编织袋装土压牢。防雨布铺设时全面覆盖不留空隙，防雨布搭接处每2 m用编织袋装土压牢，以减少大气环境的影响。膨胀土换填施工过程中，配合换填层上升高度，自下而上逐层揭除临时防雨布，揭除防雨布后换填层填筑面以上外露裸坡高度控制在1～2 m范围内。对于未及时以换填土覆盖的裸坡，视天气情况进行洒水保湿处理。

3.1.4 保护层的开挖与削坡

保护层开挖采用人工配合挖掘机进行。开挖时距离设计建基面预留5～10 cm的薄土层，避免超挖。预留的薄土层开挖前，将挖掘机斗齿前焊接一块厚约20 mm的钢板作为“刮板”，长度同挖掘机斗宽，宽度约为15 cm，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堆拢。人工对坡面进行适当修理，直至坡面坡度符合设计规范要求。每一段保护层开挖后，下道工序施工前，坡面要进行覆盖。

3.2 换填及铺筑

3.2.1 填料要求

取洨河倒虹吸上游段215+500到洨河倒虹吸进口216+349段土样进行试验，满足相关换填土技术指标，土方储备约35万m3，能够满足换填方量需要。在土料开采之前，首先进行料场的植被清理和表层土清除，采用推土机将树根、杂草、垃圾、废渣以及其它障碍物等清除拢堆，装载机装车、自卸汽车运输至指定区域堆放;采用挖掘机开挖表层腐殖土、有机层，自卸汽车运至指定的表层土堆放区堆放。为保持含水量均匀、消除大块粒径，开采后对土料进行拢堆和翻松，对局部含水量偏低的土料进行洒水调整，对含水量超标的进行翻松晾晒。采用五铧犁和旋耕机翻松、晾晒，必要时采用路拌机。调整含水量的场地视现场实际情况而定，在填筑现场附近或直接在取土场进行。

本试验段渠底先铺筑35㎝壤土，根据渠道碾压试验，铺筑一次可以满足设计要求压实度，我部准备一次铺填，铺筑时采用进占法施工，由北向南边铺筑边碾压，推土机平整，振动碾碾压。边角部分分两次回填，每次厚度不超过20 cm，采取小型机械进行碾压，先静压2遍，弱振2遍，再强压6遍，确保压实度不小于98%，其他参数详见渠道土方回填碾压试验方案。回填壤土检验合格后上部铺设400 g/m2土工布，再铺设25 cm厚卵石，采用已铺设的土工布进行包裹。卵石铺设采用小型机械运输至铺填位置，采用进占铺填，小型机械行走道路铺设钢板，防止对土工布造成破损。卵石铺设并用土工布包裹完成后，上部再填筑50 cm壤土，该部分壤土分两层进行回填，第一层铺筑35 cm，由于土工布包裹碎石已完成，大型机械行走可能对下层土工布造成损伤，因此铺筑第一层时，先铺筑一条进料道路，宽度5 m，厚度1.5 m，由北向南用小型推土机进行摊铺，边卸料边摊铺，道路两侧暂不摊铺，以保证土体的承载力，并在道路上铺设钢板以使大型自卸车能够进入渠底卸料，道路完成后，自卸汽车运至最南端卸料，挖掘机后退法平整，测量人员检测控制铺土厚度，防止卸料过多或欠料发生，回填道路及时平整。渠底横向D400钢筋混凝土排水管附近采用横向碾压，距离永久排水沟左右各3 m范围内，采用人工夯实，其余采用XS182型振动碾进行碾压。

3.2.2 渠坡砂砾料铺设

砂砾料采用自卸车运至一级马道，然后进行渠坡铺筑，渠坡砂砾料分两层进行铺设，每层虚铺厚度为14 cm，采用平板振捣器自坡脚向坡肩进行振捣夯实，保证相对密度不小于0.75，砂砾料铺设碾压完成后再铺设一层土工布，土工布搭接宽度40 cm。由于原始地面线以下砂砾料和土工布已施工完成，换填土时注意避免机械对土工布造成破坏。换填土采用柳工50装载机上料，换填一m段保护层适当加宽，保证运输及碾压机具能够安全进出，SD22推土机平整，人工配合处理与土工布连接处土方的平整，原始地面线以上土方的换填。坡面回填全部完成后再进行削坡，削坡土两台挖掘机配合运至渠底装车，然后自卸车运出。换填壤土完成后，按“三检制”进行自检，自检合格后，会同监理人进行质量检查和验收，验收合格后进行下一道工序施工。

4 保证措施

4.1 质量保证措施

开挖时做好渠道上口开挖线的施工放样工作。施工过程当中做好对渠道膨胀土段边坡的保护，做到不欠挖和超挖。对开挖完成的渠道边坡要做好成品保护工作，对完成施工的工作面做好标识工作，严禁设备破坏工作面。填筑粘性土土料的含水量等均须符合设计规定，保证不合格粘性土料不得运至换填面。换填施工必须严格按渠道填筑施工参数的松铺厚度、土料含水量、碾压机具、碾压遍数等参数进行控制。

4.2 安全保证措施

开挖时，机械设备有效作业范围内不允许有人活动，以防设备在边坡滑落伤人或在有效作业半径内平土作业转动时伤人。大型机械在起步、刹车等操作均不应过猛。在换填作业时，随着回填面的高差越来越大，特别是在夜间回填时，必须有良好的照明设备，在进行施工时注意边坡的情况，以防踏空。自卸汽车运输土料时，在发动机起动前，按照例行保养的规定项目，做好各项检视工作。在工作中驾驶员必须听从指定指挥人员的指挥，经低、中、高速运转，接到指挥人员的旗语、哨音、信号后方可进行操作，操作时驾驶员必须先鸣喇叭。回填使用打夯机时，由专人检查电源线是否有缺陷和漏电，机械运转是否正常，机械不得带病运转，操作人员要带绝缘手套，并派专人负责电源线的移动。

5 结语

通过对南水北调中线一期工程总干渠邢石界至古运河南渠段SG13标施工标段膨胀性土段工程施工的分析，并并采取了相应的具体保证措施。从工程在施工程序上和具体的措施可以看出该施工技术方案具有可操作性，保证措施切实可行，能够保障工程顺利实施。

［1］张官珍，王为然，李超峰.南水北调南阳膨胀土渠道施工质量控制［J］.河南水利与南水北调.2010(09).

［2］冯旭松，孙衣春，王保田，等.基于二次掺灰法的改良膨胀土施工工艺与检测方法［J］.南水北调与水流科技.2012(02).

［3］张官珍.南水北调中线南阳膨胀土试验段施工监理体会［J］.河南水利与南水北调.2010(08).