摘要： 過去砂性土用于水庫大壩、河道堤防填筑的范例比較多，但砂性土用于渠道填筑并不多，特別是南水北調(diào)工程是第一次。砂性土料又分為粉細(xì)砂、中細(xì)砂、中粗砂、砂礫料四種，不同砂性土料其施工工藝、施工技術(shù)參數(shù)各不相同。南水北調(diào)中線京石段工程共有三處渠道砂性土填筑，即：S3標(biāo)滹沱河段、S12標(biāo)大砂河段、S19標(biāo)唐河段。砂性土選用中細(xì)砂，現(xiàn)將S19標(biāo)唐河段渠道砂性土填筑的施工工藝和質(zhì)量控制要點(diǎn)淺述如下。

　　關(guān)鍵詞： 南水北調(diào)中線,砂性土,渠道填筑

　　1工程概況

　　1.1工程基本情況

　　S19標(biāo)砂性土填筑段位于南水北調(diào)中線京石段總干渠309+390～312+790段，全長3.4km。渠底寬度為15m，渠道深為7m，縱向比降為1/25000，渠道內(nèi)外邊坡比為1：3，渠口寬度65m。左側(cè)堤頂為5m寬泥結(jié)石路面，右側(cè)堤頂為5m寬瀝青混凝土路面，渠底縱向設(shè)三道無砂混凝土排水管，間隔300～400m設(shè)橫向匯水管與集水井相連，集水井處設(shè)排水泵站。該段共設(shè)9座排水泵站，其作用是排除渠底因地下水和渠道滲漏水，防止渠道在冬季不行水時(shí)產(chǎn)生凍脹破壞。渠道外坡左右側(cè)設(shè)8m寬綠化帶，綠化帶外邊沿設(shè)有截流溝和隔離網(wǎng)欄(南水北調(diào)中線工程全線全封閉)。詳細(xì)渠道結(jié)構(gòu)布置尺寸見附圖。

　　1.2工程地質(zhì)和環(huán)境情況

　　該渠段上游309+260處設(shè)有村交通橋，地面高程為76.2m，本填筑段地面平均高程為69.4m，高差為6.8m。交通橋與本填筑起點(diǎn)相距130m，原地貌為斜坡相接，本工程上游段左右側(cè)設(shè)一級馬道和防洪堤，一級馬道與本渠段堤頂相接，本填筑段的下游與唐河倒虹吸相接。本填筑段為唐河多年古河床，屬村民河灘地，地表以下為1m左右粉細(xì)砂，2～4m左右為細(xì)砂，4～7m左右為中細(xì)砂或中粗砂，7m以下為砂礫石，砂層分布不均勻，除河灘地以外，方圓10km以內(nèi)，即地面高程為76.2m的地質(zhì)情況經(jīng)勘察，粘土層只有1～2m左右，分布也不均勻。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該渠段左側(cè)渠堤填筑高度為5.6m，右側(cè)渠堤填筑高度為3.7m，3.4km渠道填筑總方量約70萬m3，若采用粘土回填按1.5m取土深度，共需征用約700畝農(nóng)田。

　　1.3砂性土填筑方案使用的理由

　　該渠段若用粘土填筑需征用農(nóng)田700畝，這樣做一是增加了征地費(fèi)用，二是取走了粘土、外露了砂土，使這700畝農(nóng)田砂漠化，不利于環(huán)境保護(hù)。在距該填筑區(qū)10km以外的曲陽縣的南邊有粘土層超過3m的粘土料場，但要利用定州到曲陽段的公路為運(yùn)輸線，而定曲公路本身車流量大，交通部門不允許，而且增加了運(yùn)距，從而加大了工程投資。經(jīng)中線局和國調(diào)辦專家會(huì)同設(shè)計(jì)單位反復(fù)研究決定，采用就地取材，利用渠道開挖的砂性土進(jìn)行渠堤填筑。

　　2砂性土填筑施工工藝

　　任何填筑施工的質(zhì)量控制都是檢測填筑的密實(shí)度，砂性土填筑其密實(shí)度與砂料顆粒級配混合均勻度、虛鋪厚度、含水率、碾壓機(jī)械類型、碾壓遍數(shù)等參數(shù)有關(guān)，因此，在正式填筑前，必須做砂料的擊實(shí)試驗(yàn)和填筑碾壓試驗(yàn)，以確定砂料的最大干密度、最優(yōu)含水率和施工參數(shù)。

　　2.1砂料擊實(shí)試驗(yàn)

　　擊實(shí)試驗(yàn)砂樣的采集，直接影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)有效性，為了比較分析，盡可能反映現(xiàn)場實(shí)際情況，采集三批試樣送檢，第一批為現(xiàn)場312+100處，采取豎直混合砂料，其最大干密度為1.76g/m3、最小干密度為1.50g/m3;采樣里程為310+100，最大干密度為1.75g/m3、最小干密度為1.46g/m3。第二批為碾壓試驗(yàn)場取樣，分別取用了第一、第二、第三層已填筑好的砂樣，采用單點(diǎn)法取樣，其中第一層最大干密度1.82g/m3，最小干密度1.47g/m3;第二層最大最大干密度1.86g/m3，最小干密度1.5g/m3;第三層最大干密度1.83g/m3，最小干密度1.43g/m3。第三批取樣采用試驗(yàn)現(xiàn)場多點(diǎn)法，取樣時(shí)每份樣品在碾壓現(xiàn)場的每層各個(gè)部位取5個(gè)砂樣進(jìn)行混合，試驗(yàn)結(jié)果是：最大干密度從一層至六層順序是1.81g/m3、1.80g/m3、1.78g/m3、1.80g/m3、1.84g/m3、1.81g/m3，最小干密度分別為1.35g/m3、1.36g/m3、1.25g/m3、1.31g/m3、1.38g/m3、1.32g/m3。三批擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)相差較大，說明填筑區(qū)域內(nèi)砂料差異很大。為了真實(shí)地反映砂料情況，后來又每100m取一組試樣，進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，并在填筑過程中分段對比使用。

　　2.2碾壓試驗(yàn)

　　(1)試驗(yàn)經(jīng)過

　　為了取砂料方便，試驗(yàn)場地選擇在渠道右側(cè)311+125支槽橋右岸，試驗(yàn)長度50m。寬度26m，場地相對平整。試驗(yàn)用砂性土上料取用渠道開挖砂料，試驗(yàn)填筑用水選用距填筑面約50m水井取水。試驗(yàn)用機(jī)械挖掘機(jī)、20m3自卸汽車、20t光面壓路機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)等。試驗(yàn)用檢測設(shè)備：感量為0.01g天平稱一臺、稱重為30kg感量為10g天平稱一臺，灌砂筒一套，稱量200g感量0.1g天平稱一臺、鉛盒若干、取樣環(huán)刀3個(gè)、99%酒精若干。試驗(yàn)程序：基礎(chǔ)處理→測量放樣→砂料挖運(yùn)→料場拌合→填筑面上料→人工配合機(jī)械整平→灑水→檢測含水量→機(jī)械碾壓→密實(shí)度檢測→鋪設(shè)土工格柵。試驗(yàn)?zāi)康拇_定填筑程序、工藝和施工參數(shù)。

　　(2)試驗(yàn)結(jié)果

　　確定的填筑程序和試驗(yàn)程序相同，確定的工藝參數(shù)：基礎(chǔ)處理用人工配合推土機(jī)、砂性土料采用挖掘機(jī)開挖、20m3自卸汽車運(yùn)輸，料場拌合采用裝載機(jī)拌合，拌合場至填筑面砂性土料運(yùn)輸采用裝載機(jī)，填筑面采用人工配合裝載機(jī)整平，人工灑水，20t光面壓路機(jī)壓實(shí)，人工鋪設(shè)土工格柵。每層砂性土虛鋪厚度為40cm，虛鋪超寬2.4m，如下圖：灑水量每立方米砂性土料灑水1.2t(探坑查看，以滲入下層10cm為宜)，碾壓遍數(shù)為靜壓2遍、振動(dòng)碾壓6遍，輪跡搭接30～50cm，行車速度控制在30m/min以內(nèi)，砂料松鋪系數(shù)為1.253，細(xì)度模數(shù)為1.3以上。

　　2.3渠堤填筑施工工藝

　　(1)基礎(chǔ)處理：根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求渠堤基礎(chǔ)必須用推土機(jī)將30cm 表層土清理干凈，人工配合機(jī)械整平，將基礎(chǔ)面上的雜物清除，然后用壓路機(jī)碾壓4～6遍，其相對密度為：基礎(chǔ)面30cm為土基，相對密度不低于0.85，基礎(chǔ)面30cm為砂基，相對密度不低于0.75。堤基清理完成后，報(bào)監(jiān)理組織設(shè)計(jì)、業(yè)主、施工單位進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)收，驗(yàn)收通過后，進(jìn)行下一道工序。

　　(2)測量放線：以渠道中線為基準(zhǔn)線，以填筑高度和坡比測算填筑寬度，再加上超填寬度，用全站儀測定渠堤軸線(即堤中心線)。經(jīng)試驗(yàn)確定，每層砂性土邊沿有90cm寬度壓路機(jī)不能行走，有坍陷現(xiàn)象，為了坡面密實(shí)超填30cm，又因坡比較緩(1：3)，需加寬1.2m，共計(jì)一邊需超寬2.4m。每層碾壓完成后，都要根據(jù)坡比、填層高度、以及超寬測放填筑面邊線。

　　(3)填筑段布置：該段砂性土渠堤填筑長度為3.4km，分左右兩側(cè)同時(shí)填筑，為了加快施工進(jìn)度，方便車輛運(yùn)輸，將3.4km渠堤填筑分成8個(gè)填筑段，每段400～500m，段與段之間預(yù)留10～12m施工通道，方便施工車輛通行，具體布置見下圖：

　　渠道左右兩側(cè)各有8m寬綠化帶，可以做砂料拌合場，兼做施工車輛通道。每個(gè)填筑段兩端以1：3的斜面填筑，該斜面為上料通道，考慮車輛在砂性土斜面行走困難，可用粘土或砂礫料鋪設(shè)40cm并壓實(shí)。每段填筑成型后，將斜面粘土或砂礫料清除利用刷坡料補(bǔ)填段與段的空隙。由于用水量很大，在每個(gè)填筑段左右側(cè)適當(dāng)位置打一眼水井，全段共打井16眼。

　　(4)砂性土開挖運(yùn)輸：采用大型挖掘機(jī)開挖裝車，大型自卸汽車運(yùn)輸，由于本區(qū)段表層為粉細(xì)砂料，不能用于填筑，必須清除運(yùn)往棄土場，再將可用砂性土表面清理干凈后，采用豎向開挖方法，進(jìn)行后退式開挖，利用自卸車運(yùn)往拌料場進(jìn)行拌合。

　　由于該段渠道開挖深度平均為3.3m左右，對一般挖掘機(jī)來說在地面位置對渠底部位的砂料無法清理，在粉細(xì)砂清除后在砂料位置給裝車造成困難。解決的辦法：一是換用長臂挖掘機(jī)，二是將粉細(xì)砂清除一段后，制作跑箱，將自卸車開到砂料面上裝車。

　　一個(gè)填筑段成型后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行機(jī)械削坡，用挖掘機(jī)自上而下將坡面多余的砂料堆放于渠底兩側(cè)。由于成型渠底多為中細(xì)砂基礎(chǔ)，自卸車無法行走，我們采用的方法是：利用表層含泥量大的粉細(xì)砂在渠底中心線上鋪筑10m寬的道路，采用倒退式裝車，待所有坡面清理完畢后，再將渠底粉細(xì)砂清除。

　　(5)砂性土拌制：雖然渠道中的砂料采用豎向開挖，由于地質(zhì)比較復(fù)雜，中砂和細(xì)砂分布不均勻，因此開挖的砂料必須經(jīng)裝載機(jī)充分拌合均勻后才能上填筑面。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，6個(gè)填筑層密實(shí)度差異較大，分析原因，砂料不均勻性是主要原因。在砂料充分拌合均勻后，還應(yīng)檢測其細(xì)度模數(shù)，若細(xì)度模數(shù)低于1.2的砂料太細(xì)，且含泥量也較高，灑水后會(huì)出現(xiàn)液化現(xiàn)象，影響填筑質(zhì)量，不宜使用。

　　(6)上料與攤鋪：由于每層填筑面上鋪有土工格柵，車輛不能直接行駛，又因自卸車重量大，車輪接觸面較小，容易沉陷，因此，從拌合場到填筑面的上料宜采用裝載機(jī)，并從填筑段兩端采用前進(jìn)式上料，邊上料邊攤鋪，最后人工整平。

　　在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著填筑層的升高，裝載機(jī)在填筑面松散的砂料上行駛比較困難，上料效率比較低，在實(shí)際填筑過程中，采用了在填筑面上安置跑箱和在渠堤外側(cè)利用長臂大挖斗挖掘機(jī)上料，基本解決了上料困難的問題。

　　(7)砂料灑水：砂料上好后用人工配合裝載機(jī)整平，在填筑邊線外用水準(zhǔn)儀測定虛鋪厚度。灑水采用機(jī)井水抽入蓄水池，再用水泵抽至填筑面，用人工手持水管一次性將砂料濕透的方法。為避免水沖刷造成填筑面的不平，由人工掌握水管進(jìn)行小范圍頻繁移動(dòng)，直至挖探坑檢查水滲至下層填筑面以下10cm為止。根據(jù)現(xiàn)場測算。需水量折合每立方米砂料平均為1.2t，灑水量還應(yīng)根據(jù)砂料天然含水量和細(xì)度模數(shù)等因素略作調(diào)整。否則會(huì)出現(xiàn)填筑面上局部液化現(xiàn)象。

　　(8)碾壓密實(shí)和密實(shí)度檢測：待灑水完成后立即進(jìn)行碾壓，碾壓采用20t光面壓路機(jī)先靜壓2遍，行測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，我們邀請了河北省水科院檢測中心進(jìn)場抽檢，并在現(xiàn)場試驗(yàn)室留人現(xiàn)場監(jiān)督指導(dǎo)。檢測方法為灌砂法，相對密實(shí)度大于0.75。

　　(9)土工格柵鋪設(shè)：砂性土填筑中使用土工格柵，可以增加砂體的穩(wěn)定性，預(yù)防砂體沉陷。土工格柵應(yīng)選用高密度聚乙烯(HDPE)單向拉伸土工格柵，要求每延米拉伸屈服力≥80KN/m，土工格柵鋪設(shè)層距為40cm，土工格柵應(yīng)垂直于堤軸線方向鋪展、繃緊，避免扭曲或坑洼，長度按設(shè)計(jì)要求裁制，土工格柵宜用寬幅，選用寬度不小于2m，土工格柵不宜拼接縫，確需接縫應(yīng)采用搭接，搭接至少一個(gè)方格，并用細(xì)尼龍繩在連接處綁扎牢固。土工格柵在填筑面上用“U”型釘定位，“U”型釘呈梅花型布置，間距為1m。填筑碾壓時(shí)不得發(fā)生位移。

　　3砂性土填筑質(zhì)量控制要點(diǎn)

　　砂性土填筑的質(zhì)量控制目標(biāo)是填筑體的密實(shí)度，而影響填筑體密實(shí)度有：砂料細(xì)度模數(shù)、拌合均勻性、灑水量和灑水均勻性，填筑層虛鋪厚度，碾壓遍數(shù)，碾壓機(jī)械行車速度等因素。在填筑施工中應(yīng)重點(diǎn)加以控制。

　　3.1砂料細(xì)度模數(shù)控制：

　　在填筑施工中應(yīng)加強(qiáng)細(xì)度模數(shù)的檢測，為了準(zhǔn)確控制砂料質(zhì)量，應(yīng)在開挖面和拌合場同時(shí)檢測砂料的細(xì)度模數(shù)，杜絕細(xì)度模數(shù)1.3以下的砂料上堤填筑。

　　3.2砂料拌合均勻性控制：

　　在填筑施工中應(yīng)多設(shè)幾個(gè)砂料拌合場，砂料應(yīng)充分拌合均勻，以滿足填筑進(jìn)度需要，未拌合均勻或未經(jīng)拌合的砂料禁止上堤填筑。

　　3.3灑水量和灑水均勻性控制：

　　砂料的灑水量和均勻性直接影響填筑體的碾壓密實(shí)度，在填筑過程中應(yīng)設(shè)專人灑水，并根據(jù)檢測細(xì)度模數(shù)值隨時(shí)調(diào)整灑水量。灑水完成后應(yīng)多挖幾個(gè)探坑檢測其灑水量和灑水均勻性。

　　3.4虛鋪厚度和超寬控制：

　　每層上料之前應(yīng)測定堤軸線，以軸線測定虛鋪寬度，并以白灰定線，虛鋪厚度用水準(zhǔn)儀測定，沿填筑邊線兩側(cè)堤軸線方向每20m設(shè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)可用砂堆或鋼筋棍控制。

　　3.5碾壓遍數(shù)和行車速度控制：

　　每層砂料的碾壓遍數(shù)必須按試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行，不得減少或遺漏，行車速度必須嚴(yán)格控制在30m/min以內(nèi)，否則密實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

　　4結(jié)束語

　　S19標(biāo)3.km渠堤砂性土填筑于2007年9月份開始，11月份填筑完成，2008年2月份對該段渠堤進(jìn)行了沉降位移觀測，最大沉降為3～8mm，沒有產(chǎn)生位移。3月份開始渠道內(nèi)坡混凝土襯砌，4月底襯砌完成，5月至7月進(jìn)行渠堤外坡混凝土襯砌。2008年9月18日南水北調(diào)中線京石段總干渠正式向北京送水，經(jīng)過8個(gè)月的輸水，該段渠道無任何變化，沒有發(fā)生沉降和位移，也未發(fā)生滲漏水現(xiàn)象，事實(shí)證明，砂性土用于渠堤填筑可行。