膨脹土渠道開挖與防護施工技術

王華僑

摘要：本文通過對我國膨脹土渠道的開挖問題進行分析，并提出一些措施，期望能更好的促進膨脹土渠道工程的發展。

關鍵詞：膨脹土；渠道開挖；防護施工

中圖分類號：TU443文獻標識碼： A

引言

膨脹土是一種分布較廣、對工程建設危害性大的特殊性土，具有吸脹干縮、強度衰減的工程特點。南水北調南陽段總干渠分布近400km長的膨脹土(巖)段，其中南陽一標渠道多為中強膨脹土渠段。本文結合南水北調工程整個施工過程中發生的一些渠道變形破壞案例，根據“十二五”國家科技實施階段支撐計劃在膨脹土渠段所埋設儀器的觀測數據，分析研究膨脹土渠道破壞形式的變形，并對相應的工程進行處理措施。

一、膨脹土特性

膨脹土是一種具有特殊性質的土，它失水收縮，遇水膨脹，膨脹土體內經常存在一些天然蠟狀裂隙形成的滑面，在膨脹土基礎上對工程進行修筑，在一定程度上會破壞工程，而且這種破壞本身有反復性和長期性；另由于膨脹土本身很高的粘聚性，當存在較大含水量時，施工機械對其進行攪動，很難晾干那些粘結成很高塑性的巨大團塊，水分隨著逐漸散失，降低土塊可塑性，由于粘聚性的繼續作用，逐步增大了土塊的力學強度，從而加強土塊的硬度，其難以壓實、擊碎，因此如果含水量高的膨脹土直接用作堤壩填料，將會施工難度逐漸增加，使得工期得到延長而且與此同時難以保證質量，因此，對于膨脹土問題應該被稱之為“地質癌癥”，是工程界世界性的技術難題之一。

表1膨脹土現場判別標準

二、膨脹土渠坡地質結構特征

膨脹土具有膨脹性、固結性和超裂隙等幾個主要工程特征。膨脹土的膨脹性主要體現在遇水時會對水分吸收并且發生一些體積膨脹，在失水時會干硬體積收縮的發生。一般情況下膨脹性多在坡面有了一定的表現，而且在一定深度范圍內;因為存在一些膨脹土土體中裂隙，因充填以及發育規模等因素對其產生影響，分割渠坡土體程不連續的塊狀，使得渠坡的整體性及均一性受到破壞。裂隙面具有失水時干裂張開，膨脹閉合吸水的特點。而土體中的裂隙又為地下水的運移、賦存提供了通道和空間，更加便利水的入滲;膨脹土的超固結性對其產生影響，隨開挖深度的增加，開挖渠道時使膨脹土一側變空，更加顯著的體現膨脹土的超固結性，增大了土體的水平應力，加劇卸荷松馳。膨脹土其它特征還有:一般土體中含有一些鈣質結核，其中粒徑大小不一，其中含量的差異較大，而且某些部分由集成層;膨脹土中含有地下水，厚度不大，多為上層滯水，分布形狀為斷續狀，而且一般水量較貧。

三、膨脹土防護施工工法

（一）渠道改性土防護施工工藝

結合相關技術規范以及本工程特點。擬采用水泥改性土防護開挖膨脹土后的進行防護處理。改性土施工前，首先應該加強對左岸截流溝進行施工，保證渠頂以上部分不會產生積水，附近農田雨水順利通過截流溝排走。分段對改性土運輸路線進行規劃，保證施工過程中改性土順利運至填筑作業面。改性土填筑盡量不要在雨天施工，開挖渠道施工之前，采取截排措施來完成穿越工程場地的地表地下水，作業面干地施工更好的保證。對于邊坡及渠底出水段，填筑時集中埋管引排水的方式進行采用，作業面干地施工得到很好的保證。對于填方部分，與弱膨脹土同層填筑。

（二）保護層削坡對于改性土分離式施工部分，改性土鋪筑前，先對邊坡保護層進行削除，削坡至設計線。經四方聯合驗收后方可填筑改性土。

（三）水泥土運輸采用自卸車運輸至填筑工作面，采用“進占法”卸料，減少運輸車輛對工作面的碾壓。必要時采用推土機推送。

（四）攤鋪

攤鋪時水泥改性土的含水率高于最佳含水率1%一2%(3%水泥改性土為23.2%一25.2%.4%水泥改性土為22.5%一24.507o.5%水泥改性土為21.80Io-23.8%)，用來補償在攤鋪及碾壓過程中的水分損失。

改性土鋪上厚度30cm士2cm，采用推土機鋪料和平鋪。為保證碾壓機械的工作面、確保邊角壓實度，鋪上邊線在水平面上超填，超填寬度>30cm。在攤鋪的同時，采用推土機在坡面上推出臺階以保證土體的結合，臺階高度與鋪土層厚相同，一般為30cm。在鋪料過程中，嚴格按照碾壓試驗的參數控制鋪料厚度，可用插釬檢測。

由于受天氣影響，建筑層表面風干很快。為保證層間結合，在進行上一層鋪土施工之前，對結合面進行灑水。

（五）碾壓

采用凸塊振動碾進行碾壓。碾壓機械沿渠道軸線方向前進、后退，一個來回按兩遍計，碾壓重疊不小于20cm,靜壓兩遍，動壓十遍。碾壓速度控制在2km/h范圍內。碾壓層間根據天氣和層而干燥情況，灑水濕潤。對邊角接頭處人型機械碾壓不到、易漏壓的地帶，用人工采用蛙式打夯機進行夯實。

若保護層剝離后不能及時進行處理層施工，對開挖而進行防曬保濕防護處理。

土料經攤鋪、晾曬達到可上堤填筑要求后，若不能及時實施全部碾壓工序，必須先完成靜壓工藝，以防止水分變化。

壓實后振動碾留下的凹凸碾印可不做處理，但如遇雨天時，必須及時覆蓋以防止表面積水。降雨時停止施工，已經攤鋪的水泥上快速碾壓，封而并覆蓋。

每層填土完成碾壓后，在四小時內完成質量檢測，在6一8小時內完成土層覆蓋。如不能及時跟進的，對建基而做好防雨和保濕等施工期的保護措施，并防止人型施工設備在其上行駛。

填筑時超填，超填土料按1:1.5放坡，嚴格按照碾壓試驗參數控制鋪料厚度。

水泥改性土換填過程中，從加水拌合到碾壓終了時間不超過4h。碾壓過程中如有彈簧上、松散上、起皮現象，及時翻開重新碾壓并檢測合格。

（六）開挖時將渠道左右岸兩側渠坡分開開挖，可盡量減少膨脹土渠坡開挖后的暴露時間，根據改性土拌和站生產能力，在施工準備工作充足的前提下，再進行另一側渠坡開挖，從為避免渠坡暴露所產生的風化現象，與此同時，后續施工工序要及時跟上，在短時間內對膨脹土渠坡回填封閉，膨脹土邊坡風化破壞通常是漸進性的，因此，渠坡應當且必須做好防水及周邊排水措施，排水一定要暢通。

(七)若膨脹土渠坡不可避免受到風化破壞，在工程處理時，一定要徹底清除因沖蝕雨淋溝、風干碎裂及變形破壞的土體，并及時回填改性土對其進行保護，對來不及換填的渠坡應加以防護，以免再次遭受風化破壞。

(八) 對因風化情況所產生的雨淋溝，“硬殼”或遭受變形破壞的松動土體，在回填改性土前，安排人工配合機械將缺陷坡面徹底清理干凈，特別是對發育較深的雨淋溝，在削坡過程中難于發現的易被掩埋的碎塊狀松動土體，更要注意檢查。

(九) 若不能及時抽排對于降雨季節的渠道積水，建議在遠離坡腳處開挖集水坑，從而防止坡腳膨脹土體軟化情況的發生，為避免渠坡坡腳土體受積水浸泡軟化而影響坡體的穩定性，采取分開開挖方式于渠底的左右兩側，以方便能及時用改性土進行回填封閉。

(十)如果沒有及時處理已發生變形破壞的渠段，應該加以保護變形破壞范圍內渠坡覆蓋防雨材料，并采取壓腳處理措施在前緣部位，防止破壞范圍的不斷擴大，宜盡快盡早安排處理措施，避免變形破壞嚴重而引起工程地質條件進一步的擴大惡化。

結束語

渠道開挖與防護施工工序繁多，使用機械較多，質量控制較難。在施工過程中要結合不同地質情況，對不同地質土采用不同施工方法，為施工進度提供便利，也為良好的施工質量打下堅實的基礎。轉序過程中要掌握好時間、天氣情況、施工部位，對下一步施工做好準備，使改性土回填做到及時、有序，確保施工質量。

參考文獻：

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