曹向明，馬榮輝

（1.解放軍理工大學(xué)，南京210007；2.湖北省南水北調(diào)管理局，湖北武漢430062）

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集中路拌法改性膨脹土工程實(shí)踐

曹向明1，2，馬榮輝2

（1.解放軍理工大學(xué)，南京210007；2.湖北省南水北調(diào)管理局，湖北武漢430062）

摘要：膨脹土問(wèn)題一直是巖土工程界的熱點(diǎn)問(wèn)題。為探究又好又快處理膨脹土的方法，文章結(jié)合南水北調(diào)中線一期引江濟(jì)漢工程建設(shè)，介紹了進(jìn)行膨脹土改性處理時(shí)應(yīng)用的集中路拌法施工工藝及過(guò)程。結(jié)果表明，該方法可以保證施工質(zhì)量，縮短工期，并節(jié)省投資。

關(guān)鍵詞：膨脹土；水泥；集中路拌法

膨脹土在我國(guó)多個(gè)省（市、自治區(qū)）均有廣泛分布。它具有“三性”：脹縮性、裂隙性和超固結(jié)性，遇水膨脹軟化、失水收縮干裂，是一種典型的非飽和災(zāi)害性土［1］，會(huì)給工程建設(shè)造成危害。在膨脹土分布區(qū)的工程建設(shè)中，建筑物或邊坡所產(chǎn)生的變形破壞作用，往往具有長(zhǎng)期潛在危險(xiǎn)的特點(diǎn)［2］，特別是渠系等水利工程，因膨脹土脹縮變形而造成渠坡失穩(wěn)、地基變形的現(xiàn)象比比皆是，影響了工程效益的發(fā)揮。

1　項(xiàng)目概況

引江濟(jì)漢工程是南水北調(diào)中線一期漢江中下游四項(xiàng)治理工程之一，是新中國(guó)成立以來(lái)開(kāi)挖最長(zhǎng)的人工運(yùn)河。工程全長(zhǎng)67.23km，渠道設(shè)計(jì)引水流量350m3/s，最大引水流量500m3/s，同時(shí)具有通航功能，為限制性三級(jí)航道，船閘級(jí)別為1000t級(jí)，通水及通航工程總投資近百億元。工程的主要任務(wù)是向漢江興隆以下河段（含東荊河）補(bǔ)充因南水北調(diào)中線調(diào)水而減少的水量，同時(shí)改善該河段的生態(tài)、灌溉、供水條件，縮短長(zhǎng)江荊州段至漢江潛江段航程600多km，對(duì)促進(jìn)湖北省經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和漢江中下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境修復(fù)、改善具有重要意義。工程涉及湖北省的荊州市、荊門(mén)市沙洋縣和潛江市等三個(gè)市縣。從太湖港至西荊河（渠道樁號(hào)：7 +400～55 +800）為崗波狀、垅崗狀平原地貌，屬于長(zhǎng)江、漢江的二級(jí)階地，堆積物為Q3老粘土。該地域?yàn)榕蛎浲练植紖^(qū)，中等膨脹性渠段長(zhǎng)12.4km，占該段總長(zhǎng)的26%；弱膨脹性土30.1km，占該段總長(zhǎng)的63.2%［3］。膨脹土問(wèn)題是引江濟(jì)漢工程的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一，采取可靠、經(jīng)濟(jì)、適合本地區(qū)膨脹土特點(diǎn)的工程處理方式是解決問(wèn)題的核心［4］，因此必須研究提出膨脹土渠坡的具體處理方案，進(jìn)而指導(dǎo)施工［5］。因工程沿線非膨脹土料源缺乏，故對(duì)膨脹土進(jìn)行改性處理，作為回填料用于回填勢(shì)在必行。

2　相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

目前，國(guó)內(nèi)外主要采用石灰、粉煤灰、水泥等材料對(duì)膨脹土進(jìn)行改性處理，即將上述材料按一定比例摻入膨脹土土料中，改善其性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，使其喪失膨脹潛能，提高土體強(qiáng)度和承載能力［6］。改性處理的施工方法主要有路拌法和廠拌法。

2.1 路拌法

近年來(lái)，隨著交通建設(shè)的快速發(fā)展，交通部門(mén)對(duì)膨脹土的改性研究較多，但基本上是采用摻石灰、粉煤灰對(duì)膨脹土進(jìn)行拌和改性，以減少其吸水性和膨脹性，繼而提高其強(qiáng)度和水穩(wěn)定性［7］。對(duì)膨脹土改性的施工方法也大都采用路拌法，即采用人工或利用機(jī)械在路上（路槽中）或施工沿線就地拌和混合料的施工方法。

2.2 廠拌法

南水北調(diào)工程是大型輸水工程和生態(tài)工程，考慮到因大量應(yīng)用石灰等可能會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響，因此在膨脹土改性材料的選擇上，采用水泥對(duì)膨脹土進(jìn)行拌和改性。

在這方面，南水北調(diào)中線干線工程進(jìn)行了相關(guān)研究并取得了一些成果。中線干線全長(zhǎng)1432km，涉及到膨脹土（巖）累計(jì)長(zhǎng)度約386.8km［8］。為研究膨脹土渠坡的處理方案，相關(guān)單位在中線河南南陽(yáng)市臥龍區(qū)靳崗鄉(xiāng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，為優(yōu)化設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工提供依據(jù)。通過(guò)試驗(yàn)，形成了一系列技術(shù)成果，并在后續(xù)全面施工中廣泛應(yīng)用，基本解決了明渠輸水工程膨脹土邊坡的處理問(wèn)題。對(duì)膨脹土改性的施工方法也大都采用廠拌法，即建設(shè)固定的拌和工廠，以拌制混合料作為回填料源。

3　集中路拌法

3.1 施工方法比選

引江濟(jì)漢工程是南水北調(diào)中線工程的一個(gè)單項(xiàng)工程，其膨脹土處理借鑒了中線干線工程的相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)借鑒和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定了引江濟(jì)漢工程弱、中膨脹土混合土料摻加4%的水泥（P.O42.5普通硅酸鹽水泥，下同），中膨脹土土料摻加6%的水泥這一方案進(jìn)行膨脹土處理。在施工方法上，通過(guò)實(shí)踐對(duì)比了應(yīng)用廠拌法和路拌法的優(yōu)劣，如表1所示。

表1　施工方法對(duì)比表

為確保引江濟(jì)漢工程的建設(shè)質(zhì)量，投資不超概算，并如期實(shí)現(xiàn)通水通航的進(jìn)度目標(biāo)，經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)論證，吸取廠拌法和路拌法各自的優(yōu)點(diǎn)，形成了集中路拌法，并在后續(xù)施工中廣泛應(yīng)用。即集中在某一區(qū)域?qū)ν亮虾退噙M(jìn)行拌和，將膨脹土改性成符合要求的回填料源。作業(yè)區(qū)域一般選擇在靠近渠坡填筑面的渠底集中進(jìn)行，以減少運(yùn)距。

3.2 主要施工工藝及過(guò)程

（1）鋪料及碎土

為保證土料破碎后能翻耕到位，土料攤鋪厚度一般為30cm。用拌和機(jī)在鋪灑水泥之前來(lái)回翻耕進(jìn)行碎土。來(lái)回行走采用錯(cuò)距法，至土料粒徑達(dá)到要求。

（2）摻灑水泥

對(duì)土料進(jìn)行含水量測(cè)定，計(jì)算確定水泥改性土施工配合比。在碎好的作業(yè)面上用石灰打上1m× 1m的方格網(wǎng)，后將水泥均勻堆放于各方格內(nèi)，再將其均勻?yàn)⒉迹龅剿嗖欢逊e、不留空擋、厚薄均勻。

（3）土料拌制及運(yùn)輸

用拌和機(jī)在已鋪灑水泥的作業(yè)面來(lái)回翻耕3～4遍，使水泥均勻性及自由膨脹率均達(dá)到回填要求。改性土可以使用車輛將其運(yùn)到待填筑部位。在具體施工過(guò)程中，也有的使用長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)將已拌和好的土料從渠底挖提至渠坡填筑面，此方法能進(jìn)一步增強(qiáng)拌和效果。

（4）攤鋪及碾壓

改性土運(yùn)至換填部位后采用推土機(jī)攤鋪，并輔以人工整平。為保證碾壓機(jī)械的工作面，確保邊角壓實(shí)度，鋪土邊線在水平距離上要進(jìn)行超填，對(duì)1∶2的邊坡，為保證設(shè)計(jì)邊坡的密實(shí)性和碾壓設(shè)備的行走安全，超填寬度需要1.0m。在鋪料過(guò)程中，嚴(yán)格按照土方回填碾壓試驗(yàn)確定的參數(shù)控制松鋪厚度。

采用20t光輪振動(dòng)碾或凸塊碾進(jìn)行碾壓，嚴(yán)格控制壓實(shí)參數(shù)，按照試驗(yàn)確定的遍數(shù)進(jìn)行壓實(shí)，一般碾壓8遍，碾壓行車速度不大于2km/h，采用進(jìn)退錯(cuò)距法進(jìn)行碾壓，錯(cuò)距為輪寬的1 /3；碾壓結(jié)束后，采用環(huán)刀法取樣檢測(cè)壓實(shí)度，合格后進(jìn)行下一層的填筑，并按要求檢測(cè)壓實(shí)后土體的膨脹性。

（5）結(jié)合面刨毛

為保證每一填筑層之間的良好結(jié)合，在壓實(shí)檢驗(yàn)合格后，下一層填筑前對(duì)上一層填筑表面進(jìn)行刨毛處理。刨毛采用刨毛機(jī)進(jìn)行刨毛施工，刨毛深度10～20mm。對(duì)填筑面進(jìn)料運(yùn)輸線路上散落的松土、雜物以及車輛行駛、人工踩踏、內(nèi)平臺(tái)形成的干硬光面，應(yīng)于鋪土前徹底清除，必要時(shí)灑水濕潤(rùn)。

（6）削坡及養(yǎng)護(hù)

超填土開(kāi)挖后，驗(yàn)收建基面之前，需要對(duì)坡面進(jìn)行削坡處理。由于改性土強(qiáng)度較高，無(wú)法直接利用人工削坡，若用挖掘機(jī)削坡則容易發(fā)生大塊剝落現(xiàn)象，故先用松土機(jī)松動(dòng)保護(hù)層。同時(shí)，借鑒中線干線施工經(jīng)驗(yàn)，在挖掘機(jī)料斗前緣焊鋼板，將松動(dòng)后的保護(hù)層刮到渠底運(yùn)走。

因本工程水泥改性土回填高度較大，需要分多層施工，故在下層施工完畢后不需要進(jìn)行單獨(dú)養(yǎng)護(hù)，依靠上層施工的覆土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。若施工無(wú)法連續(xù)時(shí)，采用覆蓋土工布灑水養(yǎng)護(hù)。雨天停止施工，已鋪好的改性土應(yīng)盡快碾壓密實(shí)，并用塑料雨布遮蓋進(jìn)行防護(hù)。

3.3 優(yōu)點(diǎn)

應(yīng)用集中路拌法比路拌法提高了施工質(zhì)量，又基本克服了廠拌法前期投入大、工作效率低等不利因素，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）減少了臨時(shí)征地。若采用廠拌法，每個(gè)拌和廠至少需要占地面積2萬(wàn)m2才便于生產(chǎn)、管理和運(yùn)輸。引江濟(jì)漢工程共有10個(gè)標(biāo)段需要進(jìn)行膨脹土處理。采用了集中路拌法，至少可以減少臨時(shí)占地20萬(wàn)m2。此外，引江濟(jì)漢工程穿越的江漢平原是重要的農(nóng)產(chǎn)品基地。廠拌法使用的水泥材料，影響了拌和廠區(qū)的土質(zhì)，即使工程結(jié)束退還臨時(shí)占地，對(duì)后續(xù)復(fù)墾、生產(chǎn)恢復(fù)將會(huì)有很大的影響。

（2）提高了工作效率。若采用廠拌法，因建設(shè)拌和廠前期投入大，每個(gè)標(biāo)段施工單位出于成本考慮，基本上都只會(huì)建設(shè)一個(gè)拌和廠。而集中路拌法需要的僅為諸如拌和機(jī)、振動(dòng)碾、推土機(jī)、反鏟挖掘機(jī)等常用工程機(jī)械和人工，只要開(kāi)挖成形，施工作業(yè)面就可以“全線開(kāi)花”，能組織平行施工和流水施工，大大節(jié)約了工期。

（3）節(jié)省了工程投資。據(jù)實(shí)際測(cè)算，采用廠拌法處理膨脹土綜合單價(jià)約140元/m3，還不含前期建設(shè)拌和廠投資；采用集中路拌法處理膨脹土綜合單價(jià)約120元/m3。引江濟(jì)漢工程全線采用集中路拌法施工共處理約100萬(wàn)方膨脹土，較全部采用廠拌法處理，能節(jié)約工程投資約2000萬(wàn)元。

4　結(jié)論及建議

集中路拌法也存在一些缺點(diǎn)，主要是施工質(zhì)量受人為因素影響較多，質(zhì)量控制難度較大，比如碎土的粒徑、水泥撒布的均勻度、土料與水泥的拌和均勻度等不好控制。但在改性土施工過(guò)程中，只要做到參建各方如建管、監(jiān)理、質(zhì)監(jiān)及設(shè)計(jì)等單位有關(guān)人員在各作業(yè)面加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理，且施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格落實(shí)截流、排水、防護(hù)措施，就能最終達(dá)到技術(shù)要求?？梢?jiàn)應(yīng)用集中路拌法進(jìn)行膨脹土改性施工在引江濟(jì)漢工程建設(shè)中是可行的。

另外，鑒于膨脹土問(wèn)題是巖土工程界的“癌癥”，當(dāng)今國(guó)內(nèi)外工程地質(zhì)領(lǐng)域尚未找到妥善解決的辦法，渠坡穩(wěn)定也具有明顯的時(shí)間效益［8］，故其工程處理效果需要后期進(jìn)行監(jiān)控，防止出現(xiàn)工程事故。再加上引江濟(jì)漢工程建成通水后開(kāi)放式的運(yùn)行管理狀況，以及工程沿線分布著大大小小的水系、溝渠、魚(yú)塘等，對(duì)處理的膨脹土渠道邊坡的整體穩(wěn)定可能造成影響，特別是豐水季節(jié)，有些漫水均是順著渠坡直排入渠，這些都對(duì)工程提出了考驗(yàn)。因此，在工程運(yùn)行管理期間，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和巡查，并制定針對(duì)性措施是非常必要的。

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作者簡(jiǎn)介：曹向明（1982年—），男，工程師。

收稿日期：2015-10-15

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.034

中圖分類號(hào)：TV541

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）02-0091-03