膨脹土開挖施工工藝

1、    膨脹土開挖施工工藝    李學(xué)森摘 要：膨脹土是一種含一定數(shù)量親水礦物質(zhì)（蒙脫石、伊利石、高嶺石或混層結(jié)構(gòu)）且隨著環(huán)境的干濕循環(huán)變化而具有顯著的干燥收縮、吸水膨脹和強(qiáng)度衰減的粘性土，有的裂隙很發(fā)育，且液限和塑性指數(shù)較大，壓縮性偏低，在天然含水量狀態(tài)下較堅(jiān)硬，一般具有超固結(jié)性。在地層分布上一般屬于上第三系河湖相砂礫巖、砂巖和第四系中更新統(tǒng)沖洪積分支粘土，在結(jié)構(gòu)上夾層多，上層滯水明顯，開挖后易產(chǎn)生卸荷失穩(wěn)。在進(jìn)行渠道土方開挖和保護(hù)層開挖過程中，需采取與常規(guī)土方開挖不同的方法。本文結(jié)合南水北調(diào)中線一期工程總干渠陶岔沙河南段南陽段第一施工標(biāo)段渠道施工經(jīng)驗(yàn)

2、，詳細(xì)介紹了膨脹土開挖施工關(guān)鍵工序的控制措施。關(guān)鍵詞：膨脹土；施工工藝；控制要素。中圖分類號(hào)：tu74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1 工程概況本工程區(qū)位于南陽市市區(qū)內(nèi)，樁號(hào)：ts87+925ts94+365，全長約6.44km；渠道過水?dāng)嗝娉商菪?，設(shè)計(jì)流量340m3/s、加大流量410m3/s，最大挖深達(dá)26m；其中渠底設(shè)計(jì)寬度為1422m、縱坡1:25000，邊坡坡比為1：21：3.5，一級(jí)邊坡設(shè)計(jì)采用10cm厚的襯砌板、渠底8cm襯砌板、其余邊坡采用漿砌石聯(lián)拱+植草防護(hù)。2 工程特點(diǎn)根據(jù)招標(biāo)地質(zhì)資料顯示本標(biāo)段渠道沿線均為膨脹土，膨脹土隨著環(huán)境的干濕循環(huán)變化具有顯著的干燥收縮、吸水膨脹和強(qiáng)度

3、衰減。開挖后易產(chǎn)生卸荷失穩(wěn)，出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，采取工程措施，預(yù)防滑坡是施工控制重點(diǎn)。根據(jù)膨脹土的特殊性質(zhì)，在開挖過程中必須采取覆蓋、防護(hù)等有效措施減少大氣環(huán)境的影響，分層、分段開挖并預(yù)留保護(hù)層，一次開挖的工作面不易過大。開挖過程中，在有上層滯水的地帶需采取逐層設(shè)截流溝、逐層排水的方式，有效減少邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，對(duì)邊坡的保護(hù)和設(shè)計(jì)斷面的形成有很重要的作用。3 工藝原理在開挖過程中，采取逐層開挖排水溝排除滯水、滲水的開挖方式，并采取臨時(shí)覆蓋邊坡、預(yù)留保護(hù)層和后續(xù)工序跟進(jìn)，可有效隔絕陽光曝曬和雨雪沖刷或凍結(jié)，減少土體失水干縮或遇水膨脹而引起的邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象。4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)4.1 施工工藝流程4.2

4、 施工工藝4.2.1 土方開挖測(cè)量放樣放樣遵守“由整體到局部，先控制后細(xì)部”的原則，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、控制網(wǎng)點(diǎn)的分布情況采用極坐標(biāo)法；開挖工程細(xì)部放樣時(shí)，在實(shí)地放樣控制輪廓的坡頂點(diǎn)、轉(zhuǎn)角點(diǎn)或坡腳點(diǎn)，并用醒目的標(biāo)志加以標(biāo)定。4.2.2 表土清挖施工時(shí)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙規(guī)定的表土開挖深度進(jìn)行開挖，采用推土機(jī)打堆，裝載機(jī)裝車，自卸車運(yùn)輸，單獨(dú)堆放，以用于竣工后耕地恢復(fù)。4.2.3 截留溝開挖渠道開挖之前，首先進(jìn)行渠道永久性截流溝施工，防止地表水流入開挖作業(yè)面，以及對(duì)已開挖邊坡的沖刷和浸蝕。同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形匯水條件布置向渠外排水的通道。另外，為保證截流溝的匯水作用，渠道開挖線與截流溝之間的坡頂做成傾向截流溝一側(cè)

5、的緩坡，以免坡頂積水。4.2.4 土方開挖土方開挖采用反鏟挖掘機(jī)開挖、自卸汽車運(yùn)輸、推土機(jī)在指定的堆放區(qū)推平的工藝進(jìn)行施工；按照從上到下分層分段依次進(jìn)行，一次開展工作面不宜過大，分段長度為150m200m左右，開挖層厚度為24m。同一區(qū)段內(nèi)開挖面平行下降，當(dāng)不能平行下挖時(shí)，兩者高差不大于一個(gè)開挖梯段。對(duì)于中強(qiáng)膨脹土渠段，在渠道設(shè)計(jì)開挖斷面輪廓的坡腳處預(yù)留土墩，以防開挖卸載后出現(xiàn)滑坡；土墩寬度（底板寬度方向）2m，高度2m，土墩邊坡與開挖輪廓設(shè)計(jì)邊坡相同。對(duì)于過水?dāng)嗝嬉陨系那篱_挖，當(dāng)自上而下開挖至一級(jí)馬道后，停止開挖，進(jìn)行保護(hù)層開挖及邊坡防護(hù)工程施工。在完成工程防護(hù)措施后，再進(jìn)行下一級(jí)馬道間或

6、過水?dāng)嗝娴耐练介_挖施工。4.2.5 排水土方分層開挖過程中，存在上層滯水滲流的區(qū)域逐層在兩邊開挖臨時(shí)排水溝，中間開挖臨時(shí)導(dǎo)滲溝，及時(shí)排除滲水或雨水；首先在距離開挖斷面兩側(cè)3.0m 的距離，開挖平行于渠道軸線的臨時(shí)排水溝，用于匯集邊坡層間滯水和雨水；在靠近渠道軸線的位置開挖臨時(shí)導(dǎo)滲溝，其底部高程低于臨時(shí)排水溝底，用于匯集地下水和邊坡層間滯水；臨時(shí)排水溝與導(dǎo)滲溝之間通過開挖支溝聯(lián)通，在導(dǎo)滲溝適當(dāng)?shù)奈恢瞄_挖集水井，井內(nèi)布置水泵，當(dāng)施工期降雨形成地面徑流或出現(xiàn)層間滯水、滲水時(shí)，水流通過臨時(shí)排水溝、支溝匯集到導(dǎo)滲溝的集水井內(nèi)，用水泵抽排至附近自然溝渠。隨著開挖的進(jìn)行，排水溝和導(dǎo)滲溝不斷加深，并靈活布置排

7、水溝、導(dǎo)滲溝、集水井的位置，使溝底始終低于開挖底面，確保開挖面無明水。4.2.6 臨時(shí)防護(hù)在開挖過程中，為減少大氣環(huán)境對(duì)渠道設(shè)計(jì)基面的影響，在挖時(shí)建基面預(yù)留一定厚度的土層作為保護(hù)層。除預(yù)留保護(hù)層外，在降雨期、高邊坡地帶或保護(hù)層開挖完成后進(jìn)行換填施工之前，進(jìn)行坡面的覆蓋防護(hù)。本工程覆蓋防護(hù)主要采取土工膜、塑料布等覆蓋。覆蓋時(shí)，采取上部膜壓下部膜的方法，相鄰塊的搭接不小于 1.0m，用土袋壓蓋，要做到全面覆蓋不留死角，以減少大氣環(huán)境影響。坡頂?shù)姆雷o(hù)范圍較坡腳的防護(hù)范圍適當(dāng)加大，坡頂盡量覆蓋至周邊截流溝邊。4.2.7 地質(zhì)編錄按照設(shè)計(jì)圖紙開挖到渠道設(shè)計(jì)輪廓線后，首先對(duì)已開挖邊坡進(jìn)行初步地質(zhì)描述后，邀

8、請(qǐng)地質(zhì)單位對(duì)開挖面進(jìn)行地質(zhì)編錄，地質(zhì)編錄包括以下內(nèi)容：(1)地層界線、地層產(chǎn)狀、巖性界線；(2)膨脹土分區(qū)（層）界線，膨脹土類別；(3)分區(qū)（層）土體顏色、鈣質(zhì)結(jié)核含量、結(jié)構(gòu)等；(4)分區(qū)（層）土體含水量，塑性狀態(tài)；(5)分區(qū)（層）土體裂隙發(fā)育程度（密度、裂隙面的光滑程度、充填物、有無地下水滲出），結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀；(6)長大裂隙（大于10m）產(chǎn)狀，優(yōu)勢(shì)緩傾角結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)；(7)地下水浸潤線、出水點(diǎn)描述，滲水與地表水的關(guān)系。通過地質(zhì)編錄，確定邊坡存在的潛在滑坡面，以便設(shè)計(jì)確定相應(yīng)的邊坡支護(hù)方式。4.2.8 保護(hù)層開挖保護(hù)層開挖采用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行。在測(cè)量人員的指揮下，用挖掘機(jī)在坡面上每隔1020m開

9、挖出樣槽。由有經(jīng)驗(yàn)的挖掘機(jī)操作人員按樣槽進(jìn)行保護(hù)層開挖，挖掘機(jī)開挖方向垂直于渠道軸線，由上至下順坡進(jìn)行開挖。土料攏集于坡下后，裝車運(yùn)至指定地點(diǎn)。開挖時(shí)為了避免發(fā)生超挖，預(yù)留距離設(shè)計(jì)建基面510cm 的薄土層；預(yù)留的薄土層開挖前，將挖掘機(jī)斗齒前焊接一塊厚約20mm 的鋼板作為“刮板”，長度同挖掘機(jī)斗寬，寬度約為15cm，前緣與斗齒齊平，開挖方向垂直于渠道軸線，沿坡長自上而下將預(yù)留的薄土層刮除，人工用平頭鐵鍬將坡面遺留的松土清除并攏堆。在坡面上釘木樁，每5m 作為一個(gè)斷面，按坡度放樣，在樁位上固定尼龍線，人工對(duì)坡面進(jìn)行適當(dāng)整理，直至坡面坡度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。每一段保護(hù)層開挖后、下道工序施工前，坡面要進(jìn)行覆蓋。4.3 土方開挖質(zhì)量檢查和驗(yàn)收膨脹土渠道開挖完成后，建基面開挖質(zhì)量檢查驗(yàn)收內(nèi)容包括：（1）開挖輪廓是否滿足設(shè)計(jì)要求；（2）開挖面浮土厚度是否超標(biāo)；（3）開挖面上是否有補(bǔ)坡、拍坡現(xiàn)象；（4）開挖面揭露的膨脹土區(qū)域界線是否明確，膨脹土類別是否確認(rèn)；（5）坡面有滲水出逸時(shí)，導(dǎo)引措施是否有效；（6）坡面有變形或滑坡體時(shí)，對(duì)