□李紅爐（河南省水利第二工程局）

一、引言

南水北調(diào)中線一期工程總干渠膨脹土試驗段工程（南陽段）（以下簡稱南陽試驗段）是研究南水北調(diào)工程中膨脹土地區(qū)渠坡處理方案的試驗性項目，南陽試驗段一期工程針對不同的膨脹土類型分為填方試驗區(qū)、弱膨脹試驗區(qū)、中膨脹試驗區(qū)，其中填方試驗區(qū)分2個試驗亞區(qū)，弱膨脹試驗區(qū)分4個試驗亞區(qū)、中膨脹試驗區(qū)分7個試驗亞區(qū)，共13個試驗亞區(qū)。邊坡處理方案采用有非膨脹土換填、水泥改性土換填、土工格柵膨脹土換填、土工袋膨脹土換填等形式，土工格柵膨脹土換填是膨脹土地區(qū)渠坡處理方案之一。

膨脹土中含有較多的粘粒及親水性較強的蒙脫石或伊利石等粘土礦物成分，是一種遇水膨脹、強度驟減、失水干縮、堅硬而又常有收縮裂隙的高塑性粘土。膨脹土渠坡易產(chǎn)生溜坍、坍塌、滑坡等嚴重事故，還會造成收縮開裂、膨脹、松散、剝落等，會對工程建設(shè)產(chǎn)生嚴重的破壞性。在土中加“筋”，約束膨脹土這種縮脹性質(zhì)，是土工格柵膨脹土換填的主要目的。

二、土工格柵與膨脹土作用機理

用土工格柵分層鋪設(shè)在換填的膨脹土邊坡中能起到加筋補強、防止淺層溜坍，其作用機理主要是利用土工格柵格網(wǎng)與土接觸面的摩擦作用，土工格柵與土體共同承受內(nèi)、外荷載作用，使土中的垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力經(jīng)土工格網(wǎng)面層水平擴散，轉(zhuǎn)化為土工格柵格網(wǎng)與土界面的剪應(yīng)力，利用土工格柵表面與土的摩擦作用，土對土工格柵的被動阻抗作用，土工格柵孔眼對土的鎖定作用以及加筋補強作用，土工格柵能有效地阻止土體側(cè)向位移，并承受相應(yīng)界面的剪應(yīng)力，從而降低了土體受力，消弱了膨脹土自身因水量變化而產(chǎn)生的縮脹應(yīng)力。

三、填筑工藝要求

（一）土料

格柵填土的加工主要采取現(xiàn)場填筑面外的場地內(nèi)，按照碎土工藝使用碎土機碎土，土料粒徑不超過5cm，再將碎好含水率合格的土料，鋪填在作業(yè)面上。土料按中、弱試驗區(qū)使用原渠道開挖土，中、弱膨脹土性能參數(shù)由長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院試驗提供，成果見表1。

表1 土工試驗成果表

（二）土工格柵

土工格柵采用耐久性能、耐溫性能、施工性能好的70（50）HDPE單向土工格柵，幅寬＞1.0m?？估瓘姸?0（50）KN∕m，蠕變強度（20℃）25（20）kN∕m，碳黑含量≥2.0﹪，70HDPE單向土工格柵用于一級馬道及馬道以下邊坡，50HDPE單向土工格柵用于一級馬道以上邊坡填土。

（三）反包工藝

土工格柵采用人工分層鋪設(shè)，鋪設(shè)方向垂直坡面，向上層包裹形成搭接，小反包兩層壓實土削坡后反包一層，反包厚度50cm，反包至上層結(jié)構(gòu)面長度≥100cm；大反包每兩層壓實土（厚度50cm）鋪設(shè)一層土工格柵，直到填筑至坡頂再全部削坡。削坡采用人工、機械配合，避免層間土工格柵損壞，然后從底層格柵開始連接，拉緊反包至坡頂，每層間土工格柵分別用塑料連接扣與反包格柵綁緊。格柵尾部與未開挖坡面形成順坡面向上的延伸，延伸長度50cm，尾部固定。格柵之間搭接采用土工格柵連接棒連接，與土體之間的連接采用Φ6mmU型錨固鋼筋，間距≤1.5m。

（四）碾壓控制指標(biāo)

根據(jù)試驗段試驗要求及室內(nèi)試驗、碾壓工藝試驗成果，長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院提出具體填筑施工指標(biāo)及碾壓參數(shù)見表2。

表2 填筑施工指標(biāo)及碾壓參數(shù)表

四、施工程序

施工程序為：編制施工方案→測量放樣→基面驗收→格柵鋪設(shè)→土料運輸→進占鋪填。

五、施工準(zhǔn)備

完成填筑基礎(chǔ)面的清理和排水工作，清除基礎(chǔ)面上的浮土及小土埂至新鮮土面，大面基本平整即可；完成基礎(chǔ)中觀測儀器的鉆孔、埋設(shè)和防護等工作；完成填筑基礎(chǔ)面的地質(zhì)編錄和基礎(chǔ)驗收；四是落實填筑材料、施工機械及設(shè)備。

六、施工方法

（一）土工格柵小反包填筑

1.基面清理，按照施工圖要求開挖邊坡（設(shè)計坡度1∶2），清除坡面及渠基浮土，要求基層平整度不超過±5cm，表層應(yīng)濕潤無雜物，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收后開始下步工序施工。

2.測量放線，為保證邊坡壓實，結(jié)合機械作業(yè)安全等因素，在施工放樣時需考慮水平向≥90cm的超填寬度。每層填筑前，先放出填筑土料的鋪料（加超寬）邊線，并撒上白灰線加以標(biāo)示。

3.碎土運輸，采用液壓碎土機對膨脹土碎土，土料粒徑不超過5cm，再將碎好的土料調(diào)整至設(shè)計要求的含水率，用鏟車或挖掘機裝車運至施工現(xiàn)場。

4.土工格柵鋪設(shè)，從處理層底層開始鋪設(shè)格柵材料，將格柵底部與尾部自由端用Φ6mmU型鋼筋固定于開挖坡面和地面或填筑層面，土工格柵的縱軸線應(yīng)垂直渠道軸線方向。

5.膨脹土鋪筑，固定前用張拉梁將格柵自由端拽緊，用機械在拉緊后的格柵上面采用進占法填土，推土機推平，每層虛鋪厚度為32～33cm，車輛與施工機械等不得直接碾壓格柵，以免格柵損壞和松懈。

6.碾壓，再用20t的振動平碾進行碾壓，根據(jù)弱、中膨脹土的不同要求碾壓至要求遍數(shù)后進行干密度取樣試驗，滿足設(shè)計要求的壓實度后進行上層土填筑。

7.格柵反包，每填鋪壓實兩層土約50cm，對邊坡進行削破，將下層格柵反包到土層上面≥1.0m，與上層格柵用連接棒連接。反包時用鉤具鉤住土工格柵的格柵網(wǎng)孔或張拉梁對加筋格柵施加拉力，使結(jié)構(gòu)面上的反包格柵繃緊并用6mmU型鋼筋固定于填筑層面。

8.為保證上層超寬碾壓，削坡土再翻填至已反包格柵的邊坡處，重復(fù)上述程序，直至填筑完成，再拆除翻填料。

（二）土工格柵大反包施工方法

1.基面清理、測量放線、碎土運輸、膨脹土填筑、碾壓工序同小反包施工方法。

2.土工格柵鋪設(shè)，每2層壓實土（50cm厚）鋪設(shè)1次，但不進行包裹，每層格柵自由端留在填土外表面。

3.土工格柵反包，填筑至坡頂后，再一次性削坡。削坡采用人工、機械配合，避免層間土工格柵損壞，然后從底層格柵開始連接，拉緊反包至坡頂，每層間土工格柵分別用塑料連接扣與反包格柵綁緊。

七、注意事項

一是土工格柵在用錨固鋼筋錨固反包時，需要用張拉梁拉緊，土工格柵是彈性材料，如果沒有拉緊，換填后土工格柵會產(chǎn)生松弛或出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，這樣就無法起到約束土體變形的作用。二是土工格柵填筑時邊線處必須超填超壓，保證反包土體的密實性。三是整體大反包時需要從最下面一層土工格柵一直拉到頂，使用卷揚機與張拉梁配合拉緊效果明顯。四是加強土料含水量的控制，以保證土料的含水率接近最優(yōu)，這是達到設(shè)計壓實度的前提。五是土工格柵是一種抗老化,抗蠕變性能較好,抗拉強度高,能與填土共同作用的拉筋材料，儲存和堆放必須避免陽光照射,并保持通風(fēng)、干燥和遠離高溫源,以保證材料性能不受影響，延長材料的使用壽命。六是避免損傷鋪設(shè)的土工格柵，土層表面如有堅硬突出物,則易頂破或損傷土工格柵，在鋪設(shè)前,應(yīng)將場地平整壓實,嚴禁施工機械直接在土工格柵上碾壓。

八、結(jié)論分析

土工格柵換填護坡對膨脹土邊坡能起到一定的加固補強作用，但土工格柵的條帶形成了微弱的滲水通道，對于挖方渠段的貼坡?lián)Q填不利于邊坡的穩(wěn)定，對于填方渠段在合理的換填厚度（南陽試驗段工程設(shè)計換填厚度為垂直坡面2m）下能有效地防治膨脹土邊坡常見的溜坍、坍塌、滑坡等事故。

土工格柵膨脹土換填施工所需要的人工較多，工藝復(fù)雜，對土的含水率要求較高，受天氣影響較大，施工費用高。

小反包施工每層削坡、翻填，工序較多，施工麻煩，但效果更好；大反包施工一次性削坡、反包，工序少，施工相對簡單，但對土體整體約束性相對較差。

格柵反包后，邊坡如果不加防護，土體易受雨水沖刷破壞。南水北調(diào)南陽試驗段工程中，一級馬道以下邊坡（過水流斷面）采用576g/m2復(fù)合土工膜及襯砌混凝土板防護，一級馬道以上邊坡采用袋裝腐植土植草保護。

[1]SL237—1999，土工試驗規(guī)程[S].

[2]王年香.高液限土路基設(shè)計與施工技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社.2005.