何清舉，蘇保國，豆新國

（1.河南省水利第二工程局，450016，鄭州；2.河南省水利科學研究院，450003，鄭州；3.河南省水利第一工程局，450003，鄭州)

一、基本情況

南水北調中線一期工程河南安陽段是中線工程總干渠第Ⅳ渠段 （黃河北至漳河南段）的組成部分，處于總干渠第Ⅳ渠段的最北部。南起湯陰羑里河倒虹吸出口，北接總干渠第Ⅴ渠段穿漳河倒虹吸起點，全長40.262 km。該段總干渠設計流量235～245 m3/s、加大流量265～280m3/s，設計水深7.0m。渠道縱比降1/28000，橫斷面采用梯形明渠，渠道內邊坡坡比 1∶2～1∶3，渠底寬12.0～18.5 m，大部分渠道為半填半挖，局部最大挖深25.0 m。主要工程量合計2621萬m3，其中土石方開挖1793 萬 m3，土方回填 729 萬 m3，混凝土和鋼筋混凝土50萬m3，砌石31萬m3，砂石墊層 18萬 m3，鋼筋制安 2萬t。工程靜態(tài)總投資19.2億元。

該段沿渠共布置各類交叉建筑物76座，其中河渠交叉3座，左岸排水16座，渠渠交叉9座，公路交叉43座，鐵路交叉1座，分水口門1座，節(jié)制閘1座，退水閘1座。沿途左排、渠渠交叉建筑物共計25座，按照設計要求該類建筑物頂部高程以下基坑采用碎石土回填。

二、碎石土回填的技術要求

1.設計要求

根據設計要求，碎石土回填之前建筑物外側需涂抹20～30 mm厚的黏土泥漿，隨涂隨填，以保證回填碎石土與建筑物接合緊密。

管身兩側、管頂以下基坑范圍內回填低壓縮性土。在壓縮系數小于0.1 MPa-1的中重粉質壤土中，按30%～35%的重量比摻入碎石并拌和均勻，碎石土壓實度要求大于100%。

2.相關技術規(guī)范要求

《南水北調中線一期工程渠道工程施工質量評定驗收標準 （試行）》（NSBD 7—2007）關于土方填筑單元工程填料壓實質量標準：試樣檢測點合格率大于或等于95%，最小值大于或等于設計值的0.98倍。碎石土回填壓實質量標準，參照執(zhí)行該項規(guī)定。

3.碎石土回填施工

按照設計要求，確定碎石摻量比，并進行室內碎石土擊實試驗。

依據試驗確定的碎石摻量比集中拌制碎石土，運至施工現場后用挖掘機攤鋪。松鋪厚度30～35 cm,用20 t凸塊振動碾碾壓8～10遍，直至檢驗合格。建筑物兩側碎石土分層均衡上升，在機械無法碾壓到的邊角部位采用人工夯實。

碎石土填筑質量采用灌水或灌砂法檢測。

三、碎石土壓實度與回填質量的關系

建筑物基坑碎石土回填所用的碎石尤其是回填土存在差異，現僅以安陽段流寺溝左排碎石土回填為例來分析施工質量控制指標，以供其他建筑物和類似工程施工參考。

1.碎石土回填材料技術參數

流寺溝左排碎石土回填使用20～40 mm粒徑的碎石，表觀密度ρg為2.73 g/cm3?；靥钔凛p型擊實最大干密度ρsk為1.76 g/cm3。碎石土配合比碎石重占干土重的30%，重型擊實最大干密度ρ為1.98 g/cm3，相應土體重型擊實最大干密度ρsz為1.83 g/cm3。

2.碎石土干密度與碎石摻量比的關系

碎石土是碎石與土均勻拌和碾壓成型后的一種建筑材料，碎石被土體包裹，接合緊密。單位體積的碎石土質量ρ與其所含的土體質量ms、土體密度ρs、碎石表觀密度ρg、碎石質量mg及碎石摻量比α%之間存在公式（1）、（2）所表示的關系。

以碎石表觀密度ρg為2.73 g/cm3，土體干密度ρs取重型擊實土體最大干密度 1.83 g/cm3，按公式（1）、（2）計算不同碎石摻量比的碎石土最大干密度，結果見表1。在土體干密度不變的情況下，碎石土的干密度隨碎石摻量的增加而增大。同理，在碎石土干密度不變的情況下，由公式（1）、（2）可以分析得出其土體干密度隨碎石摻量的增大而減小。由此可見，在評價碎石土的回填質量時碎石土壓實度不是唯一的評價指標，應綜合考慮碎石摻量這一影響因素。

3.碎石土壓實度及碎石摻量控制指標

碎石土中碎石被土體包裹，一般認為碎石不具有可壓縮性，碎石土的回填質量取決于其中的土體壓實度。在此，我們把碎石土中土體的干密度與其重型擊實最大干密度比值（重型壓實度）不小于95%，同時土體干密度與其輕型擊實最大干密度比值（輕型壓實度）不小于100%作為碎石土回填碾壓合格的判別標準。

把碎石摻量為30%時的重型擊實最大干密度ρ為1.98 g/cm3作為判別基準值，由式（2）計算不同碎石摻量比時單位體積碎石土中的土體質量。

流寺溝左排碎石的表觀密度ρg為 2.73 g/cm3，由公式（1）計算出不同碎石摻量比時碎石土中土體的干密度，并由此計算出相應的重型壓實度和輕型壓實度。

依據碎石土回填碾壓合格判別標準，當碎石土干密度不小于擊實標準，碎石摻量比小于45%時，其土體的重型壓實度不小于95%，輕型壓實度不小于100%。因此，在碎石土壓實度合格的情況下，應以碎石摻量比小于45%作為碎石土碾壓檢驗合格的控制指標。

4.最小碎石土壓實度及碎石摻量比控制指標

參照《南水北調中線一期工程渠道工程施工質量評定驗收標準 （試行）》中“渠堤土方最小干密度不應小于設計值98%”的規(guī)定，我們把碎石土中土體的重型壓實度不小于93%，同時土體的輕型壓實度不小于98%作為分析確定碎石土最小壓實度和碎石摻量比控制指標的判別標準。

按碎石土干密度為最大干密度的 98%，由公式（1）、（2）計算出不同碎石摻量比相應的土體重型壓實度和輕型壓實度。根據計算結果，當碎石土壓實度為98%，碎石摻量比小于45%時，其土體的壓實度同時可滿足重型壓實度不小于93%、輕型壓實度不小于98%的控制指標。因此，當碎石土干密度不滿足擊實標準時，其壓實度不應小于98%，同時應以碎石摻量比小于45%為控制指標。

表1 碎石土干密度與碎石摻量比的對應關系

四、以碎石土中土體的壓實度評定回填質量

1.碎石土中土體壓實度的計算方法

基于碎石土壓實度取決于其中土體的密實程度這一基本認識，可以直接應用碎石土中土體的壓實度來評定碎石土的回填碾壓質量。我們把碎石土中土體的輕型壓實度不小于100%作為碎石土回填碾壓合格的判別標準。

用于計算碎石土中土體壓實度的回填材料技術參數包括：回填土體的輕型擊實標準ρsk和碎石表觀密度ρg。

現場和試驗室檢測、計算的數據包括：碎石土試樣體積V、試樣質量m、干石質量 mg、濕石質量 m′g、土體體積Vs、土體平均含水量β%及其干密度ρs。

碎石土試樣中土體的干密度符合公式（3）、（4）所表示的關系：

以流寺溝碎石土一組試驗數據為例，由公式（3）、（4）計算土體壓實度，結果見表2。

以碎石土中的土體壓實度評價回填質量，表2中的試樣土體干密度均大于其輕型擊實標準，檢測指標合格。

2.碎石遜徑含量對土體壓實質量的影響

對碎石土試樣中的土體進行壓實度檢測時，由于土體中遜徑碎石的存在，土體干密度實際值比檢測計算值偏小。因此，用土體壓實度（或干密度）評價回填質量時，必須考慮碎石遜徑含量這一影響因素。

假設碎石摻量比為α%的碎石土，碎石的遜徑含量為αx%，單位體積的土體中含有土體質量ms、遜徑碎石質量為 ms·α%·αx%，土體干密度合格時應滿足公式（5）?？鄢龁挝惑w積土體中的遜徑碎石所占的體積，實際土體體積可表示為式（6）。此時的土體干密度不應小于輕型擊實標準的98%。

聯解公式（5）、（6）、（7），可得到碎石的遜徑含量應滿足公式：

把流寺溝碎石土回填材料技術參數代入公式（8），碎石摻量比為45%時碎石遜徑含量應小于12.8%，對于機制碎石來說這一指標是比較容易控制的。在碎石土回填施工過程中可采用碎石遜徑含量小于10%作為控制指標。

五、碎石土回填施工質量評價

1.評價方法

目前，通常使用碎石土壓實度（或干密度）來評定回填碎石土的施工質量。通過上述分析，我們認為碎石土壓實度不能作為唯一指標，必須同時控制碎石含量。碎石土壓實度合格，碎石摻量比應小于45%，且最小壓實度不應小于98%。

表2 碎石土中土體壓實度檢測結果

碎石土回填質量用土體壓實度評價比較客觀直接，碎石摻量比不再是控制指標，而僅作為檢測指標。碎石遜徑含量也比較容易控制，可用小于10%作為控制指標。

綜合比較兩種評價方法，我們推薦使用碎石土中土體壓實度評定碎石土回填質量。

2.存在問題

使用碎石土中土體壓實度評定碎石土回填質量模糊了碎石摻量比這一控制指標。如果碎石含量太小，致使碎石土的允許沉降量不能滿足設計要求，將導致交叉建筑物周邊與相鄰渠堤的不均勻沉降；如果碎石含量過大，土體不能完全包裹碎石，不僅該計算方法不再適用，同時碎石土的不穩(wěn)定結構可能會因滲透變形而導致渠堤及渠道防滲結構的破壞。因此，無論采用何種方法評定碎石回填土的施工質量，碎石含量都應作為一項控制指標。

[1]國務院南水北調工程建設委員會辦公室.南水北調中線一期工程渠道工程施工質量評定驗收標準 （試行）[S].2007.