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摘要：膨胀土特性对渠道施工影响较大，易发生冲沟、滑坡等地质灾害。南水北调中线工程穿越膨胀土(岩)渠段长度大，处理技术难度高，新卫二标设计多段膨胀土换填施工，换填施工的正常顺利进行，为后续工程的施工起到了重要作用，文章对新卫二标第12设计段的换填做了详细介绍。
Abstract: the characteristics of expansive soil has great influence on the channel construction, prone to geological disasters, such as landslide thrust groove. The South-to-North Water Transfer Project through expansive soil ( rock ) canal length, with high technical difficulty, new Wei two standard design of expansive soil replacement construction, replacing the normal construction smoothly, to an important role for the construction of the similar engineering, the article on the new Wei two mark twelfth design change fill in the details
關键词：南水北调膨胀土换填
Keywords: South-to-North Water Diversion for filling the expansive soil
中图分类号：TU475+.5文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1 工程概述
膨胀土为一种高塑性粘土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定，在南水北调新卫二标段有膨胀土的广泛分布。膨胀土遇水膨胀、失水收缩，体积变化大，可达原体积的40％，且涨缩可以反复交替逆转，给南水北调工程建设带来不少麻烦，是“难对付的土”和“问题多的土”。新卫二标段138+100~138+500桩号按照要求需要进行换填处理， 400m换填、回填量为4.94万方，换填土料采用粘性土，本段采用的换填粘性土料粘粒为15%～40%，塑性指数为10～20，有较好的塑性和渗透性，填筑后渗透系数不大于1×10 -5，粘性土压实度为100%，填筑含水率在最优含水率（20%）的-2%~+3%。
2 施工水文、地质条件
卫辉属于温带季风气候区，夏秋两季受太平洋副热带高压控制，多东南风、炎热多雨；冬春两季受西伯利亚和蒙古高压控制，盛行西北风、 干燥少雨；多年平均降雨量为 574.7mm，年内降雨分配极不均匀，汛期 6～9月降雨量占全年的 70%～80%。年际变化幅度大，年降雨量最丰年是最枯年的 3～5 倍。多年平均降雨日数为 70.7 天，其中 6 月~9 月为 36.7 天。多年平均气温为 14.0℃，全年 1 月份温度最低，多年平均最低气温-4.8℃。7 月份气温最高，平均最高气温 31.5℃。冬春季盛行北或西北风，夏季多东南风，秋季多东北风，多年平均风速 2.3m/s， 最大风速 18.7m/s。地面稳定冻结初日在 12 月 6 日，冻结终止日期在 2 月 21 日 ， 历年最大冻土深度 19cm。
本段内地势西高、东低，地层为为粘、砾多层结构，以半挖半填为主，挖方深度一般4～8m。渠坡岩性顶部为黄土状重粉质壤土（alplQ23），断续分布，局部夹卵石透镜体，层厚一般0.5～3m；中下部以重粉质壤土、卵石（alplQ2）为主，卵石和土层呈互层或透镜体展布，层厚一般3～8m。渠底板主要位于重粉质壤土（alplQ2）中，局部位于卵石中。上部黄土状土具中等～强湿陷性，下部重粉质壤土具弱膨胀潜势，影响渠坡和渠基稳定。同时，场区地下水主要为上第三系孔隙裂隙岩溶水，具承压性，部分地段为第四系松散层孔隙水。上第三系孔隙裂隙岩溶水主要赋存于泥灰岩、泥质粉砂岩和砾岩中，一般为中等透水性，受胶结、成岩程度及不透水层粘土岩的影响，富水性不均匀，水力联系较差。第四系松散层孔隙水主要赋存于卵石层中，卵石层揭露厚度12m 左右，地下水埋深26m左右，卵石层具强透水性，但补给条件有限，富水性差。地下水具动态变化特征，主要接受大气降水入渗和侧向迳流补给，消耗于人开采及侧向迳流排泄，具动态变化特征。
3 施工布置
3.1 分区及施工顺序
该段回填分区见图1.渠道换填由下往上逐层填筑，左右岸同时进行进行，顺序即如图I、II、III、IV。采用推土机推土到位并碾压，填筑施工采用进占法卸料（如图2所示），推土机推运摊铺，严格控制铺料厚度在30~35cm范围内。I区由两侧向中间进占卸料，其他区域由渠底板边缘向左右卸料。
图2进占卸料方法
3.2施工工艺流程方法
土方填筑工艺流程：基面清理→测量放线→土料开采运输→土料摊铺→碾压→取样检测→上一填筑层施工。施工前，做好水平高程标志布置，每隔一定距离（30m左右）钉上水平桩以控制铺土厚度和填筑高程。 铺料、碾压应按流水作业连续进行，防止土料含水率变化过大，必要时进行洒水或晾晒。
3.2.1基面清理
清除基面不合格土及草根、树根、垃圾及其它杂质，清理范围为渠道设计边线外50cm，留有保护层的部位在基面验收前应将保护层挖除，基面清除的弃土、废渣等运至规定弃土场。基面清理后，应及时报验，验收后抓紧施工，由于气候、施工等原因停工的，回填工作面应加以保护，复工时必须仔细清理，合格后方准填土，并作记录备查。
3.2.2测量放线
填筑前进行原始地面测量并测放填筑范围线，填筑过程中，应对各分区范围进行测量控制或检测。场地范围内，不同铺土厚度、不同碾压遍数区块大小为15×10m（长×宽）；不同铺土厚度、不同夯击遍数区块大小为3×3m（长×宽）；基面处理完成后进行碾压区块和夯实区块放线，并用白灰标识，且需将区块分界线引出至场地外并标识，避免混淆。
施工过程中应保证观测设备的埋设安装和测量工作的正常进行，并保护观测设备和测量标志完好；
3.2.3土料开采运输
填筑料采用反铲挖掘机挖装，自卸车运至填筑现场，土料开采前必须将料场表层的杂质和耕作土、植物根系等清除。土层中若包含较多钙质结核、软弱夹层、污染土等情况，需采取局部剔除后再用。不合格的土料严禁用于工程中。并且不同料场土料不可混合使用，同一分层内应使用同一料场土料。
土料的天然含水率接近施工控制下限值时，宜采用立面开挖，若含水率偏高，宜采用平面开挖。当层状土料有须剔除的不合格料层时，宜用平面开挖，当层状土料允许掺混时，宜用立面开挖。
回填料的运输与开挖工序持续、连贯作业，以免周转过多而导致含水率的过大变化。
3.2.4土料摊铺
土料虚铺厚度机械碾压控制在30~35cm，人工夯实控制在10~20cm。采取进占法卸料、推土机平料，土料需倒运时采用装载机运土。采用水准仪测量铺土厚度并采用挖掘机和工人对铺土厚度进行找平。铺料至堤边时，应在设计边线外侧各超填一定余量，人工铺料宜为10cm，机械铺料宜为35cm。
铺料与碾压工序宜连续进行，若因施工或气候原因造成停歇，复工前要对表土洒水湿润，方可继续铺料、碾压。同时气候干燥时，已铺土料表面在压实前被晒干，应洒水湿润，控制填筑土料的含水率，以利充分压实。最优含水率（20%）的允许偏差为-2~+3%，日降雨量大于50mm时，应停止填筑施工。如果含水率超过控制范围，应进行翻晒或洒水。
填料含水率偏低，采用洒水润湿时每立方铺好的土料需要补充的水量可按下式进行计算：
V=ρW（W0-W）／1+W
式中：V----单位体积内需要补充的水量（L/m3）；
W----土的天然含水率（%）；
W0----土的最优含水率（%）；
ρW---含水量为W时的土的密度（kg/m3）。
地面起伏不平时，应按水平分层由低处开始逐层填筑，不得顺坡铺填；分层一次铺料，统一碾压，并配备人力或平土机具参与整平作业，严禁出现界沟；
3.2.5碾压
土方填筑应分层回填，分层碾压，每层铺土厚度测量完毕后，采取20t凸块振动碾沿渠道中心方向静碾2遍，振碾8遍进行碾压，筑土料的压实度为100%。土料碾压采用进退错距法，横向碾迹搭接宽度0.5m，保证无漏压、无死角，确保碾压的均匀性。碾压遍数：凸块振动碾全场静压2遍（夯实区除外），以达到稳压的目的，再以低速挡在平行于铺土方向振碾8遍，碾压完成后测量人员测量碾压后铺层高程。同时碾迹搭接宽度不小于50cm，分段碾压时纵向碾迹搭接长度不小于3m，分段填筑时各段应设立标识，以防漏压、欠压和过压，上下层的分段接缝位置应错开。振动碾的行驶速度不超过2km/h。
相邻分区的作业面宜均衡上升，若区与区之间不可避免出现高差时，应以斜面相接，坡度不陡于1：3。在土、坡的斜坡结合面上填筑时，应控制好结合面土料的含水量，边刨毛、边铺土、边压实。
械碾压不到的部位，采用小型夯具夯实，夯实时采用连环套打法，夯迹双向套压，夯压夯1∕3，行压行1∕3，分段、分片夯实时，夯迹搭压宽度应不小于1∕3夯径。夯实施工控制在12遍以上；还可使用中小型碾压设备碾压。土料压实后测量层面高程。
同时施工时，渠道边坡外缘垂直方向超填50cm，顶部超填30cm，渠底填筑时超填30cm厚作为保护层，防止基础自然沉降和雨水冲刷对边坡造成破坏，在渠堤填筑时，须将两侧坡面及顶面各超填25cm，待后期工序施工時再对超填部分采用机械和人工配合进行削坡、整修。 同时，土方填筑接缝处理中，填筑段连接坡度不陡于1：3，坡面润湿且刨毛。 同时施工中，当日最低气温在-10℃以下，应停止施工，并用一层土料覆盖好已填筑的工作面，防止受冻，待气温回升后再行复工。
如填土出现“弹簧”、层间光面、层间中空、松土层或剪力破坏现象时，应根据情况认真处理，合格后，方可进行下一道工序。
3.2.6 取样检验
采用环刀法在碾压好的土层的2/3处取样检测，压实度合格后方可进行上层填筑。每50㎡范围内有一个压实度或相对密度检测点，不足50㎡至少应有一个检测点。
4 雨天施工技术要求
小雨时应勤加检查土料含水率，若含水率超出允许范围则应停止填筑作业；中雨（含中雨，或日降雨量大于50mm）以上天气应停止填筑作业。在下雨时行人禁止践踏，并严禁车辆通行（可进行填筑作业的小雨除外）。雨后恢复施工，填筑面应经过晾晒、刨毛、复压处理，必要时应对表层再次进行清理，并待质检合格后及时复工。
土方填筑作业开始后及时收听天气预报，掌握天气情况，以利施工作业安排。并准备一定数量的皮桶、水泵等资源，雨后及时排干作业面积水。
自卸车在作业区内行走时不得重复单一路线，每次进出工作面应选择不同行车线路。对自卸车造成的压光面应刨毛并整平后方可碾压。
5结语
膨胀土具有的胀缩、超固结、裂隙等特殊工程性质，往往给膨胀土地区的工程建设带来一系列的问题,造成巨大的损失。在美国每年因膨胀土造成的损失平均在10亿美元以上，我国因膨胀土造成的直接损失也达数亿元之巨。因此，膨胀土以及由其引发的工程问题一直是学术界研究的热点和难点，其中膨胀土边坡的治理在大兴土木的今天是亟待解决的焦点问题，本文所叙述的施工方法，希望在同类施工中可被参考借鉴。
参考文献(References)：
辉县及新卫招标文件
堤防工程施工规范
渠道防渗工程技术规范sl18-2004
强夯地基技术规程
Abstract: the characteristics of expansive soil has great influence on the channel construction, prone to geological disasters, such as landslide thrust groove. The South-to-North Water Transfer Project through expansive soil ( rock ) canal length, with high technical difficulty, new Wei two standard design of expansive soil replacement construction, replacing the normal construction smoothly, to an important role for the construction of the similar engineering, the article on the new Wei two mark twelfth design change fill in the details
關键词：南水北调膨胀土换填
Keywords: South-to-North Water Diversion for filling the expansive soil
中图分类号：TU475+.5文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1 工程概述
膨胀土为一种高塑性粘土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定，在南水北调新卫二标段有膨胀土的广泛分布。膨胀土遇水膨胀、失水收缩，体积变化大，可达原体积的40％，且涨缩可以反复交替逆转，给南水北调工程建设带来不少麻烦，是“难对付的土”和“问题多的土”。新卫二标段138+100~138+500桩号按照要求需要进行换填处理， 400m换填、回填量为4.94万方，换填土料采用粘性土，本段采用的换填粘性土料粘粒为15%～40%，塑性指数为10～20，有较好的塑性和渗透性，填筑后渗透系数不大于1×10 -5，粘性土压实度为100%，填筑含水率在最优含水率（20%）的-2%~+3%。
2 施工水文、地质条件
卫辉属于温带季风气候区，夏秋两季受太平洋副热带高压控制，多东南风、炎热多雨；冬春两季受西伯利亚和蒙古高压控制，盛行西北风、 干燥少雨；多年平均降雨量为 574.7mm，年内降雨分配极不均匀，汛期 6～9月降雨量占全年的 70%～80%。年际变化幅度大，年降雨量最丰年是最枯年的 3～5 倍。多年平均降雨日数为 70.7 天，其中 6 月~9 月为 36.7 天。多年平均气温为 14.0℃，全年 1 月份温度最低，多年平均最低气温-4.8℃。7 月份气温最高，平均最高气温 31.5℃。冬春季盛行北或西北风，夏季多东南风，秋季多东北风，多年平均风速 2.3m/s， 最大风速 18.7m/s。地面稳定冻结初日在 12 月 6 日，冻结终止日期在 2 月 21 日 ， 历年最大冻土深度 19cm。
本段内地势西高、东低，地层为为粘、砾多层结构，以半挖半填为主，挖方深度一般4～8m。渠坡岩性顶部为黄土状重粉质壤土（alplQ23），断续分布，局部夹卵石透镜体，层厚一般0.5～3m；中下部以重粉质壤土、卵石（alplQ2）为主，卵石和土层呈互层或透镜体展布，层厚一般3～8m。渠底板主要位于重粉质壤土（alplQ2）中，局部位于卵石中。上部黄土状土具中等～强湿陷性，下部重粉质壤土具弱膨胀潜势，影响渠坡和渠基稳定。同时，场区地下水主要为上第三系孔隙裂隙岩溶水，具承压性，部分地段为第四系松散层孔隙水。上第三系孔隙裂隙岩溶水主要赋存于泥灰岩、泥质粉砂岩和砾岩中，一般为中等透水性，受胶结、成岩程度及不透水层粘土岩的影响，富水性不均匀，水力联系较差。第四系松散层孔隙水主要赋存于卵石层中，卵石层揭露厚度12m 左右，地下水埋深26m左右，卵石层具强透水性，但补给条件有限，富水性差。地下水具动态变化特征，主要接受大气降水入渗和侧向迳流补给，消耗于人开采及侧向迳流排泄，具动态变化特征。
3 施工布置
3.1 分区及施工顺序
该段回填分区见图1.渠道换填由下往上逐层填筑，左右岸同时进行进行，顺序即如图I、II、III、IV。采用推土机推土到位并碾压，填筑施工采用进占法卸料（如图2所示），推土机推运摊铺，严格控制铺料厚度在30~35cm范围内。I区由两侧向中间进占卸料，其他区域由渠底板边缘向左右卸料。
图2进占卸料方法
3.2施工工艺流程方法
土方填筑工艺流程：基面清理→测量放线→土料开采运输→土料摊铺→碾压→取样检测→上一填筑层施工。施工前，做好水平高程标志布置，每隔一定距离（30m左右）钉上水平桩以控制铺土厚度和填筑高程。 铺料、碾压应按流水作业连续进行，防止土料含水率变化过大，必要时进行洒水或晾晒。
3.2.1基面清理
清除基面不合格土及草根、树根、垃圾及其它杂质，清理范围为渠道设计边线外50cm，留有保护层的部位在基面验收前应将保护层挖除，基面清除的弃土、废渣等运至规定弃土场。基面清理后，应及时报验，验收后抓紧施工，由于气候、施工等原因停工的，回填工作面应加以保护，复工时必须仔细清理，合格后方准填土，并作记录备查。
3.2.2测量放线
填筑前进行原始地面测量并测放填筑范围线，填筑过程中，应对各分区范围进行测量控制或检测。场地范围内，不同铺土厚度、不同碾压遍数区块大小为15×10m（长×宽）；不同铺土厚度、不同夯击遍数区块大小为3×3m（长×宽）；基面处理完成后进行碾压区块和夯实区块放线，并用白灰标识，且需将区块分界线引出至场地外并标识，避免混淆。
施工过程中应保证观测设备的埋设安装和测量工作的正常进行，并保护观测设备和测量标志完好；
3.2.3土料开采运输
填筑料采用反铲挖掘机挖装，自卸车运至填筑现场，土料开采前必须将料场表层的杂质和耕作土、植物根系等清除。土层中若包含较多钙质结核、软弱夹层、污染土等情况，需采取局部剔除后再用。不合格的土料严禁用于工程中。并且不同料场土料不可混合使用，同一分层内应使用同一料场土料。
土料的天然含水率接近施工控制下限值时，宜采用立面开挖，若含水率偏高，宜采用平面开挖。当层状土料有须剔除的不合格料层时，宜用平面开挖，当层状土料允许掺混时，宜用立面开挖。
回填料的运输与开挖工序持续、连贯作业，以免周转过多而导致含水率的过大变化。
3.2.4土料摊铺
土料虚铺厚度机械碾压控制在30~35cm，人工夯实控制在10~20cm。采取进占法卸料、推土机平料，土料需倒运时采用装载机运土。采用水准仪测量铺土厚度并采用挖掘机和工人对铺土厚度进行找平。铺料至堤边时，应在设计边线外侧各超填一定余量，人工铺料宜为10cm，机械铺料宜为35cm。
铺料与碾压工序宜连续进行，若因施工或气候原因造成停歇，复工前要对表土洒水湿润，方可继续铺料、碾压。同时气候干燥时，已铺土料表面在压实前被晒干，应洒水湿润，控制填筑土料的含水率，以利充分压实。最优含水率（20%）的允许偏差为-2~+3%，日降雨量大于50mm时，应停止填筑施工。如果含水率超过控制范围，应进行翻晒或洒水。
填料含水率偏低，采用洒水润湿时每立方铺好的土料需要补充的水量可按下式进行计算：
V=ρW（W0-W）／1+W
式中：V----单位体积内需要补充的水量（L/m3）；
W----土的天然含水率（%）；
W0----土的最优含水率（%）；
ρW---含水量为W时的土的密度（kg/m3）。
地面起伏不平时，应按水平分层由低处开始逐层填筑，不得顺坡铺填；分层一次铺料，统一碾压，并配备人力或平土机具参与整平作业，严禁出现界沟；
3.2.5碾压
土方填筑应分层回填，分层碾压，每层铺土厚度测量完毕后，采取20t凸块振动碾沿渠道中心方向静碾2遍，振碾8遍进行碾压，筑土料的压实度为100%。土料碾压采用进退错距法，横向碾迹搭接宽度0.5m，保证无漏压、无死角，确保碾压的均匀性。碾压遍数：凸块振动碾全场静压2遍（夯实区除外），以达到稳压的目的，再以低速挡在平行于铺土方向振碾8遍，碾压完成后测量人员测量碾压后铺层高程。同时碾迹搭接宽度不小于50cm，分段碾压时纵向碾迹搭接长度不小于3m，分段填筑时各段应设立标识，以防漏压、欠压和过压，上下层的分段接缝位置应错开。振动碾的行驶速度不超过2km/h。
相邻分区的作业面宜均衡上升，若区与区之间不可避免出现高差时，应以斜面相接，坡度不陡于1：3。在土、坡的斜坡结合面上填筑时，应控制好结合面土料的含水量，边刨毛、边铺土、边压实。
械碾压不到的部位，采用小型夯具夯实，夯实时采用连环套打法，夯迹双向套压，夯压夯1∕3，行压行1∕3，分段、分片夯实时，夯迹搭压宽度应不小于1∕3夯径。夯实施工控制在12遍以上；还可使用中小型碾压设备碾压。土料压实后测量层面高程。
同时施工时，渠道边坡外缘垂直方向超填50cm，顶部超填30cm，渠底填筑时超填30cm厚作为保护层，防止基础自然沉降和雨水冲刷对边坡造成破坏，在渠堤填筑时，须将两侧坡面及顶面各超填25cm，待后期工序施工時再对超填部分采用机械和人工配合进行削坡、整修。 同时，土方填筑接缝处理中，填筑段连接坡度不陡于1：3，坡面润湿且刨毛。 同时施工中，当日最低气温在-10℃以下，应停止施工，并用一层土料覆盖好已填筑的工作面，防止受冻，待气温回升后再行复工。
如填土出现“弹簧”、层间光面、层间中空、松土层或剪力破坏现象时，应根据情况认真处理，合格后，方可进行下一道工序。
3.2.6 取样检验
采用环刀法在碾压好的土层的2/3处取样检测，压实度合格后方可进行上层填筑。每50㎡范围内有一个压实度或相对密度检测点，不足50㎡至少应有一个检测点。
4 雨天施工技术要求
小雨时应勤加检查土料含水率，若含水率超出允许范围则应停止填筑作业；中雨（含中雨，或日降雨量大于50mm）以上天气应停止填筑作业。在下雨时行人禁止践踏，并严禁车辆通行（可进行填筑作业的小雨除外）。雨后恢复施工，填筑面应经过晾晒、刨毛、复压处理，必要时应对表层再次进行清理，并待质检合格后及时复工。
土方填筑作业开始后及时收听天气预报，掌握天气情况，以利施工作业安排。并准备一定数量的皮桶、水泵等资源，雨后及时排干作业面积水。
自卸车在作业区内行走时不得重复单一路线，每次进出工作面应选择不同行车线路。对自卸车造成的压光面应刨毛并整平后方可碾压。
5结语
膨胀土具有的胀缩、超固结、裂隙等特殊工程性质，往往给膨胀土地区的工程建设带来一系列的问题,造成巨大的损失。在美国每年因膨胀土造成的损失平均在10亿美元以上，我国因膨胀土造成的直接损失也达数亿元之巨。因此，膨胀土以及由其引发的工程问题一直是学术界研究的热点和难点，其中膨胀土边坡的治理在大兴土木的今天是亟待解决的焦点问题，本文所叙述的施工方法，希望在同类施工中可被参考借鉴。
参考文献(References)：
辉县及新卫招标文件
堤防工程施工规范
渠道防渗工程技术规范sl18-2004
强夯地基技术规程