砂性土用于渠道填筑的施工工艺和质量控制要点

砂性土用于渠道填筑的施工工艺和质量控制要点

摘要：过去砂性土用于水库大坝、河道堤防填筑的范例比较多，但砂性土用于渠道填筑并不多，特别是南水北调工程是第一次。砂性土料又分为粉细砂、中细砂、中粗砂、砂砾料四种，不同砂性土料其施工工艺、施工技术参数各不相同。南水北调中线京石段工程共有三处渠道砂性土填筑，即：S3标滹沱河段、S12标大砂河段、S19标唐河段。砂性土选用中细砂，现将S19标唐河段渠道砂性土填筑的施工工艺和质量控制要点浅述如下。

关键词：南水北调中线,砂性土,渠道填筑

1工程概况

1.1工程基本情况

S19标砂性土填筑段位于南水北调中线京石段总干渠309+390～312+790段，全长3.4km。渠底宽度为15m，渠道深为7m，纵向比降为1/25000，渠道内外边坡比为1：3，渠口宽度65m。左侧堤顶为5m宽泥结石路面，右侧堤顶为5m宽沥青混凝土路面，渠底纵向设三道无砂混凝土排水管，间隔300～400m设横向汇水管与集水井相连，集水井处设排水泵站。该段共设9座排水泵站，其作用是排除渠底因地下水和渠道渗漏水，防止渠道在冬季不行水时产生冻胀破坏。渠道外坡左右侧设8m宽绿化带，绿化带外边沿设有截流沟和隔离网栏(南水北调中线工程全线全封闭)。详细渠道结构布置尺寸见附图。

1.2工程地质和环境情况

该渠段上游309+260处设有村交通桥，地面高程为76.2m，本填筑段地面平均高程为69.4m，高差为6.8m。交通桥与本填筑起点相距130m，原地貌为斜坡相接，本工程上游段左右侧设一级马道和防洪堤，一级马道与本渠段堤顶相接，本填筑段的下游与唐河倒虹吸相接。本填筑段为唐河多年古河床，属村民河滩地，地表以下为1m左右粉细砂，2～4m左右为细砂，4～7m左右为中细砂或中粗砂，7m以下为砂砾石，砂层分布不均匀，除河滩地以外，方圆10km以内，即地面高程为76.2m的地质情况经勘察，粘土层只有1～2m左右，分布也不均匀。根据设计要求，该渠段左侧渠堤填筑高度为5.6m，右侧渠堤填筑高度为3.7m，3.4km渠道填筑总方量约70万m3，若采用粘土回填按1.5m取土深度，共需征用约700亩农田。

1.3砂性土填筑方案使用的理由

该渠段若用粘土填筑需征用农田700亩，这样做一是增加了征地费用，二是取走了粘土、外露了砂土，使这700亩农田砂漠化，不利于环境保护。在距该填筑区10km以外的曲阳县的南边有粘土层超过3m的粘土料场，但要利用定州到曲阳段的公路为运输线，而定曲公路本身车流量大，交通部门不允许，而且增加了运距，从而加大了工程投资。经中线局和国调办专家会同设计单位反复研究决定，采用就地取材，利用渠道开挖的砂性土进行渠堤填筑。

2砂性土填筑施工工艺

任何填筑施工的质量控制都是检测填筑的密实度，砂性土填筑其密实度与砂料颗粒级配混合均匀度、虚铺厚度、含水率、碾压机械类型、碾压遍数等参数有关，因此，在正式填筑前，必须做砂料的击实试验和填筑碾压试验，以确定砂料的最大干密度、最优含水率和施工参数。

2.1砂料击实试验

击实试验砂样的采集，直接影响试验数据的科学有效性，为了比较分析，尽可能反映现场实际情况，采集三批试样送检，第一批为现场312+100处，采取竖直混合砂料，其最大干密度为1.76g/m3、最小干密度为1.50g/m3;采样里程为310+100，最大干密度为

1.75g/m3、最小干密度为1.46g/m3。第二批为碾压试验场取样，分别取用了第一、第

二、第三层已填筑好的砂样，采用单点法取样，其中第一层最大干密度1.82g/m3，最小干密度1.47g/m3;第二层最大最大干密度1.86g/m3，最小干密度1.5g/m3;第三层最大干密度1.83g/m3，最小干密度1.43g/m3。第三批取样采用试验现场多点法，取样时每份样品在碾压现场的每层各个部位取5个砂样进行混合，试验结果是：最大干密度从一层至六层顺序是1.81g/m3、1.80g/m3、1.78g/m3、1.80g/m3、1.84g/m3、1.81g/m3，最小干密度分别为1.35g/m3、1.36g/m3、1.25g/m3、1.31g/m3、1.38g/m3、1.32g/m3。三批击实试验数据相差较大，说明填筑区域内砂料差异很大。为了真实地反映砂料情况，后来又每100m取一组试样，进行击实试验，并在填筑过程中分段对比使用。

2.2碾压试验

(1)试验经过

为了取砂料方便，试验场地选择在渠道右侧311+125支槽桥右岸，试验长度50m。宽度26m，场地相对平整。试验用砂性土上料取用渠道开挖砂料，试验填筑用水选用距填筑面约50m水井取水。试验用机械挖掘机、20m3自卸汽车、20t光面压路机、装载机、推土机等。试验用检测设备：感量为0.01g天平称一台、称重为30kg感量为10g天平称一台，灌砂筒一套，称量200g感量0.1g天平称一台、铅盒若干、取样环刀3个、99%酒精若干。试验程序：基础处理→测量放样→砂料挖运→料场拌合→填筑面上料→人工配合机械整平→洒水→检测含水量→机械碾压→密实度检测→铺设土工格栅。试验目的确定填筑程序、工艺和施工参数。

(2)试验结果

确定的填筑程序和试验程序相同，确定的工艺参数：基础处理用人工配合推土机、砂性土料采用挖掘机开挖、20m3自卸汽车运输，料场拌合采用装载机拌合，拌合场至填筑面砂性土料运输采用装载机，填筑面采用人工配合装载机整平，人工洒水，20t光面压路机压实，人工铺设土工格栅。每层砂性土虚铺厚度为40cm，虚铺超宽2.4m，如下图：洒水量每立方米砂性土料洒水1.2t(探坑查看，以渗入下层10cm为宜)，碾压遍数为静压2遍、振动碾压6遍，轮迹搭接30～50cm，行车速度控制在30m/min以内，砂料松铺系数为

1.253，细度模数为1.3以上。

2.3渠堤填筑施工工艺

(1)基础处理：根据设计技术要求渠堤基础必须用推土机将30cm 表层土清理干净，人工配合机械整平，将基础面上的杂物清除，然后用压路机碾压4～6遍，其相对密度为：基础面30cm为土基，相对密度不低于0.85，基础面30cm为砂基，相对密度不低于0.75。堤基清理完成后，报监理组织设计、业主、施工单位进行联合验收，验收通过后，进行下一道工序。

(2)测量放线：以渠道中线为基准线，以填筑高度和坡比测算填筑宽度，再加上超填宽度，用全站仪测定渠堤轴线(即堤中心线)。经试验确定，每层砂性土边沿有90cm宽度压路机不能行走，有坍陷现象，为了坡面密实超填30cm，又因坡比较缓(1：3)，需加宽1.2m，共计一边需超宽2.4m。每层碾压完成后，都要根据坡比、填层高度、以及超宽测放填筑面边线。

(3)填筑段布置：该段砂性土渠堤填筑长度为3.4km，分左右两侧同时填筑，为了加快施工进度，方便车辆运输，将3.4km渠堤填筑分成8个填筑段，每段400～500m，段与段之间预留10～12m施工通道，方便施工车辆通行，具体布置见下图：渠道左右两侧各有8m宽绿化带，可以做砂料拌合场，兼做施工车辆通道。每个填筑段两端以1：3的斜面填筑，该斜面为上料通道，考虑车辆在砂性土斜面行走困难，可用粘土或砂砾料铺设40cm并压实。每段填筑成型后，将斜面粘土或砂砾料清除利用刷坡料补填段与段的空隙。由于用水量很大，在每个填筑段左右侧适当位置打一眼水井，全段共打井16眼。

(4)砂性土开挖运输：采用大型挖掘机开挖装车，大型自卸汽车运输，由于本区段表层为粉细砂料，不能用于填筑，必须清除运往弃土场，再将可用砂性土表面清理干净后，采用竖向开挖方法，进行后退式开挖，利用自卸车运往拌料场进行拌合。

由于该段渠道开挖深度平均为3.3m左右，对一般挖掘机来说在地面位置对渠底部位的砂料无法清理，在粉细砂清除后在砂料位置给装车造成困难。解决的办法：一是换用长臂挖掘机，二是将粉细砂清除一段后，制作跑箱，将自卸车开到砂料面上装车。

一个填筑段成型后，应及时进行机械削坡，用挖掘机自上而下将坡面多余的砂料堆放于渠底两侧。由于成型渠底多为中细砂基础，自卸车无法行走，我们采用的方法是：利用表层含泥量大的粉细砂在渠底中心线上铺筑10m宽的道路，采用倒退式装车，待所有坡面清理完毕后，再将渠底粉细砂清除。

(5)砂性土拌制：虽然渠道中的砂料采用竖向开挖，由于地质比较复杂，中砂和细砂分布不均匀，因此开挖的砂料必须经装载机充分拌合均匀后才能上填筑面。从试验数据显示，6个填筑层密实度差异较大，分析原因，砂料不均匀性是主要原因。在砂料充分拌合均匀后，还应检测其细度模数，若细度模数低于1.2的砂料太细，且含泥量也较高，洒水后会出现液化现象，影响填筑质量，不宜使用。

(6)上料与摊铺：由于每层填筑面上铺有土工格栅，车辆不能直接行驶，又因自卸车重量大，车轮接触面较小，容易沉陷，因此，从拌合场到填筑面的上料宜采用装载机，并从填筑段两端采用前进式上料，边上料边摊铺，最后人工整平。