景登凱
(中鐵貴州工程有限公司,貴陽(yáng) 550003)
廣西左江治旱馱英水庫(kù)及灌區(qū)工程馱英東干渠、寧明干渠、客蘭東干渠及馱英西干渠施工Ⅲ標(biāo)段明渠,主要包括:改建明渠56.36 km,新建渠道4.4 km??吞m東干渠明渠長(zhǎng)約56.36 km,占渠系的93.56%,大部分為舊渠加高擴(kuò)建,樁號(hào)KD56+000~KD60+197 m 為新建渠道。明渠斷面形式為梯形,底寬3~5 m,深約2.1 m,開(kāi)挖邊坡坡比1∶1.5,填筑邊坡坡比1∶1.5,開(kāi)挖側(cè)高差4~6 m設(shè)馬道,堤頂?shù)缆坊驹O(shè)在填筑側(cè),局部地勢(shì)平緩處設(shè)雙側(cè)道路。渠道分為挖方渠段、半挖半填渠段、全斷面填筑渠段。
明渠主要為山腹線,少量橫斷嶺谷線、山腹線明渠主要以挖方為主,橫斷嶺谷線以填方為主。明渠段大部分通過(guò)碳酸鹽巖地區(qū)。
土是由固體、氣體與液體3部分組成的,通常稱(chēng)為土的三相組成,隨著三相物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比例不同,土的性質(zhì)也不同。明渠施工破壞了天然土體狀態(tài),使其土粒重新組合,空隙增加,結(jié)構(gòu)松散,使得土體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度降低。因此,若要提高渠基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度,必須對(duì)其壓實(shí)。土體越密實(shí),強(qiáng)度也越高,用壓實(shí)機(jī)具對(duì)填土的碾壓改變了土的三相比例關(guān)系,減少了孔隙率,增加了單位體積內(nèi)的固體含量。被壓實(shí)的土粒重新排列,單位重增加,粘結(jié)力增大,強(qiáng)度提高;通過(guò)壓實(shí)使土粒外表的水膜減至更薄,增加內(nèi)聚力,提高抗剪強(qiáng)度;通過(guò)壓實(shí)使土壤中的空氣排出,減少水孔隙率,增加密實(shí)度,提高土體的水穩(wěn)定性,減少因凍脹而引起的不均勻變形[1]。
影響渠堤填土壓實(shí)效果的主要因素有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。內(nèi)在因素是填土性質(zhì)的好壞、含水量的控制,外在因素是壓實(shí)機(jī)具的型號(hào)、規(guī)格、碾壓遍數(shù)、碾壓速度、碾壓振動(dòng)頻率、振幅、加水量的控制和周環(huán)境條件。
(1)土質(zhì)的影響。土質(zhì)的影響主要是考慮土體本身的質(zhì)量與土體顆粒級(jí)配的情況。在明渠施工過(guò)程中,考慮到經(jīng)濟(jì)成本的問(wèn)題,都會(huì)采取就地取材的原則。因土壤的顆粒大小和組成成分對(duì)壓實(shí)度有較大的影響。所以土或近似土的材料是否易于壓實(shí)取決于土的粒徑、顆粒表面特征以及級(jí)配。粒徑較大的中粒土比表面積小,顆粒之間的粘結(jié)力弱,易于在外力作用下產(chǎn)生位移而容易壓實(shí);粉土、粘土顆粒小,比表面積大,顆粒間薄膜水互相吸附作用較強(qiáng),自由水排出困難,壓實(shí)阻力大而難于壓實(shí)。接近立方體、棱柱體的易于壓實(shí);薄片、長(zhǎng)條多的難壓實(shí)。顆粒表面有一定粗糙度的雖然阻抗力要大些,但在碾壓過(guò)程中產(chǎn)生位移后能穩(wěn)定在新的位置,而表面光滑接近圓形的顆粒,雖易于移動(dòng),但不易穩(wěn)定,常難于壓實(shí)。而土粒級(jí)配是否良好,決定了土體能否被壓實(shí)到理想密度,級(jí)配良好的土,可以用較少的壓實(shí)功壓到要求的密實(shí)度,級(jí)配差或不含級(jí)配的土,盡管投入相當(dāng)大的壓實(shí)功,仍會(huì)留下很大的空隙。因此在填料選擇時(shí)應(yīng)優(yōu)選用天然級(jí)配較好的中、粗粒土,砂性土,盡量避免使用粉土、粘土,光滑無(wú)棱又顆粒均勻等難于壓實(shí)的材料。不同的土質(zhì),最大干密度和最佳含水量的數(shù)值也不一樣,而且分散性越高的土,其最佳含水量值也越高,最大干密度值越低;砂性土壓實(shí)效果優(yōu)于粘性土[2]。
(2)含水率的影響。 土中含水量對(duì)壓實(shí)效果影響較明顯,當(dāng)含水量較少時(shí),由于顆粒間引力使土保持著比較疏松的狀態(tài)或凝聚結(jié)構(gòu),土中孔隙大都相互連通,水少而氣多,在一定的外部壓實(shí)功能下,雖然土空隙中氣體易被擠出,密度可以增大,但由于水膜潤(rùn)滑作用不明顯,以及外部功能還不足以克服土粒間引力,土粒相對(duì)移動(dòng)很不顯著,因此壓實(shí)效果較差;含水量逐漸增大時(shí),水膜變厚、土粒潤(rùn)滑、土塊變軟,引力減弱,施以外部壓實(shí)則土粒移動(dòng)而擠密,壓實(shí)效果漸佳;在接近最佳含水量時(shí),土中孔隙更少連通或不連通,孔隙中的水和氣趨于封閉狀態(tài),壓實(shí)時(shí)土內(nèi)產(chǎn)生的孔隙水壓力和孔隙氣壓力減低了擊實(shí)功的作用,但這時(shí)最有利于土粒受擊實(shí)時(shí)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)使土體密實(shí),以致能壓實(shí)到最大干密度,即在最佳含水量時(shí),土的密度達(dá)到了該壓實(shí)功能下的極限值,干密度不再提高;當(dāng)含水量繼續(xù)增加,孔隙中出現(xiàn)了自由水,壓實(shí)時(shí)孔隙水不易排出,形成較大的孔隙壓力,阻止了土粒的靠攏,所以壓實(shí)效果反而下降。因此只有在土粒處于最佳含水量的情況下,壓實(shí)效果最好[2]。
(3)填土厚度的影響。填土厚度均勻,易于壓實(shí),土粒之間更加緊湊,減少了孔隙率,增加氣體的排出,提高了渠堤的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。
(4)碾壓機(jī)具作用的影響。壓實(shí)機(jī)具之間的搭配,施工中機(jī)具的配合尤為重要。推土機(jī)和平整機(jī)攤鋪平整,壓實(shí)機(jī)具壓實(shí),在大型機(jī)具壓實(shí)不足或渠堤邊坡沒(méi)有得到充分的壓實(shí)時(shí),應(yīng)采用小型壓實(shí)機(jī)具壓實(shí)。
施工以挖、填平行作業(yè)為主線,采用綜合機(jī)械化作業(yè),確保填方、挖方地段的施工能力,同時(shí)統(tǒng)籌考慮渠堤施工與其它挖方工程的協(xié)調(diào)配合,充分利用各類(lèi)合格挖方,銜接好渠基主體工程和配套工程的適時(shí)穿插,避免交叉施工干擾。
根據(jù)本標(biāo)段的地勘資料,涉及開(kāi)挖的石方量很小,因此全部采用機(jī)械強(qiáng)制開(kāi)挖。
渠堤填筑采取縱向全幅分層填筑,分層壓實(shí),組織機(jī)械平行流水作業(yè);填方按“三階段、四區(qū)段、八流程”的施工順序組織施工
(1)渠基填土施工方法。填土路堤采用我公司在公路施工中成熟的“三階段、四區(qū)段、八流程”的施工工藝,平行流水作業(yè),按照常規(guī)施工方法組織施工。
(2)壓實(shí)度要求。填筑土料含水率與最優(yōu)含水率的允許偏差為±3%。填筑的標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)渠堤高度小于6.0 m 時(shí),土方填筑壓實(shí)度不小于0.91;當(dāng)渠堤高度不小于6.0 m時(shí),土方填筑壓實(shí)度不小于0.93。石渣填筑的相對(duì)密度不應(yīng)小于0.7。無(wú)粘性土的填筑標(biāo)準(zhǔn)為:當(dāng)渠堤高度小于6.0 m時(shí),相對(duì)密度不小于0.6:當(dāng)渠堤高度不小于6.0 m 時(shí),相對(duì)密度不小于0.65。利用石渣作為堤身填筑料時(shí),其固體體積宜大于76%,相對(duì)孔隙率不宜大于24%。土方填筑前應(yīng)將溝槽基底壓實(shí)。梯形明渠填筑土料采用自卸汽車(chē)運(yùn)輸至填筑現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)占法卸料,推土機(jī)攤鋪,凸塊碾或壓路機(jī)碾壓密實(shí),局部邊角部位采用蛙式打夯機(jī)或沖古夯等小型設(shè)備夯實(shí)。碾壓層鋪土層厚一般為25~30 cm,碾壓參數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)確定。對(duì)天然含水率大于最優(yōu)含水率3%的開(kāi)挖土料可采取以下措施:①對(duì)含水率偏高的土料采取改善料場(chǎng)周邊的排水系統(tǒng),采取平面開(kāi)挖分層取土,以及輪換掌子面開(kāi)挖等工程措施;②雨天不能進(jìn)行土方施工;③填筑士料時(shí)在渠道倉(cāng)面上薄層攤鋪,采用三鏵犁進(jìn)行翻曬,然后進(jìn)行碾壓密實(shí)。
用于填土工程的土料,必須符合相關(guān)要求和規(guī)范,或經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)符合填土要求。含水量符合壓實(shí)要求的粘性土可用作各層填料;碎塊草皮和有機(jī)物含量大于8%的土僅可用于無(wú)壓實(shí)要求的填方;淤泥和淤泥質(zhì)土一般不能作填料;鹽漬土的含量在規(guī)范限量以?xún)?nèi)時(shí)可作為填料。根據(jù)填方土料的品質(zhì)不同分別采用不同的壓實(shí)機(jī)械和壓填方法。塑性指數(shù)或含水量較大的土料進(jìn)行填土?xí)r,不應(yīng)作為填土土料的選擇,當(dāng)開(kāi)挖土料含水量較大時(shí)必須進(jìn)行攤鋪晾干或進(jìn)行“砂化”處理。
正確的填筑方法為:填土渠堤采用全斷面水平分層填筑壓實(shí)的方法進(jìn)行施工。填料采用挖掘機(jī)或裝載機(jī)裝車(chē),自卸汽車(chē)運(yùn)輸,100 m以?xún)?nèi)運(yùn)距用推土機(jī)施工。推土機(jī)配合平地機(jī)攤鋪平整,振動(dòng)壓實(shí)機(jī)壓實(shí)。
(1)合理選擇壓實(shí)機(jī)具。對(duì)于渠堤填土工程量大,填土高度大于6 m,壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)不低于95%的渠段應(yīng)采用大型壓實(shí)機(jī)械震壓。機(jī)械之間的配合顯得尤為重要,如果推土機(jī)和平整機(jī)作業(yè)時(shí)攤鋪厚度不均勻、不平整,壓實(shí)機(jī)就不能起到良好的壓實(shí)效果。
(2)確定壓實(shí)機(jī)具參數(shù)。壓實(shí)機(jī)具的型號(hào)、規(guī)格選擇合理。碾壓遍數(shù)、速度,碾壓震動(dòng)頻率、振幅按渠基碾壓前的試驗(yàn)段確定的數(shù)據(jù)嚴(yán)格執(zhí)行。碾壓軌跡之間的搭接控制合理,碾壓之后的路基保護(hù)措施要做到位。
渠基分層填筑下,壓實(shí)度檢測(cè)合格后才能進(jìn)行下一道工序,檢測(cè)壓實(shí)度不合格時(shí),如果是碾壓不到位,可再次碾壓直至合格。當(dāng)渠基填筑完成,在晾曬下,出現(xiàn)開(kāi)裂的情況,可往填料里面摻砂,防止過(guò)度開(kāi)裂;在開(kāi)裂情況下,可再次碾壓合格之后再進(jìn)行填筑。雨天不能進(jìn)行渠基土方填筑。
本文討論了明渠土方填筑影響因素,影響因素分為內(nèi)在和外在影響因素。內(nèi)在影響因素:土質(zhì)、含水率;外在影響因素:填土厚度、機(jī)具碾壓強(qiáng)度,針對(duì)其影響因素采取相關(guān)措施來(lái)保證土方填筑的質(zhì)量,包括土質(zhì)的確定,合理的選擇壓實(shí)機(jī)具和碾壓后對(duì)渠堤的保護(hù)措施。