1、1南水北调中线工程改性土削坡余料的利用摘要：南水北调中线工程为解决部分标段因膨胀土渠道开挖保护回填缺少合适土料，进而采用水泥改性土换填施工；为保证换填面碾压密实度和机械安全作业宽度，渠坡每层换填需要有一定的超填宽度。在渠坡衬砌施工前，需将坡面削至设计边线，因此就造成了改性土削坡预料的产生。如不解决好削坡余料的利用，将会造成大量资源和资金的浪费。关键词：膨胀土；改性土；削坡；余料；利用；部位 Abstract: The modified swelling clay replaced cohesive soil is used in some bidded sections of swelling
2、 clay canal in the middle route of south to north water transferred project during the progress of changing and filling slope on it, due to lack material or long length of haul increasing cost. To get enough compact density and safety working surface, each filling layer should have extra width outsi
3、de of design line. Before the lining on slope, we should cut off the extra slope to design part, the residual material will be producted in this progress. If the residual material will not be enough used, it will cause huge waste on resource and funds. Key words: Swelling clay；modified swelling clay
4、；cut 2slop；residual material；utilization；position 中图分类号：TV5 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013） 概述 南水北调中线干线工程在建项目总长 1125km，共 53 个土建设计单元工程、166 个施工标段；有膨胀土（岩）的渠段累计长约 368km，占在建项目总长度的 33%。其中：弱膨胀土渠段长 213.075km，挖深15m 的中膨胀土渠段长 100.513km，挖深15m 的中膨胀土渠段长 28.896km，强膨胀土渠段长 25.588km。 初步设计阶段，经多方案比选论证，对膨胀土（岩）渠道采取放缓渠坡和对膨胀土
5、（岩）渠床换填保护层的措施处理，后经现场试验和分析研究，并针对膨胀土（岩）的特性以及膨胀土（岩）渠坡失稳的机理和现象，为了进一步提高工程的运行安全度，对处理施工进行了优化设计，重点是对强膨胀土（岩）渠道和挖深15m 的中膨胀土（岩）渠道在原换填保护层的基础上，根据开挖后的地质情况增加了水泥改性土换填、边坡抗滑桩和部分坡面钢砼梁系，以加大保护力度。 水泥改性土换填的渠段分布在 19 个设计单元（占总设计单元的 35.8%） ，54 个土建施工标段内（占总施工标段的 32.5%） ，需要改性土换填的渠段累计长度约 300.22 km，占膨胀土渠段的 81.6%；水泥改性土填筑量约3225.62 万
6、 m3。 使用改性土的原因 膨胀土中含有较多的粘粒和亲水性较强的蒙脱石或伊利石等矿物质成分，因此膨胀土就具有了这些矿物质成分所具备的物理特性，遇水膨3胀，强度降低；失水干缩，强度增强。膨胀土的液限、塑限和塑性指数较大，压缩性偏低，在天然含水率状态下处于较坚硬的状态，遇到外部环境变化，膨胀土的物理特性会使其展现出很强的力学特性。膨胀土遇水膨胀，其扩张力会使渠道的衬砌版被顶出或拉裂；膨胀土失水收缩，会使已开挖成型的渠道产生滑塌。因此，膨胀土渠坡易产生溜塌和滑坡等严重事故，还会产生收缩开裂、膨胀、松散、剥落等病害，对工程建设和后期运行潜在严重的破坏性。 填筑土料掺加 3%6%的水泥改性是最有效的降低
7、自由膨胀率的方法。水泥的掺入改变了膨胀土的结构和化学成分，从而改变了膨胀土的物理力学特性，进而有效的降低了自由膨胀率的方法。 水泥改性土用于膨胀土挖方渠道的渠坡填筑和弱膨胀土填筑渠堤的外侧保护层填筑，隔绝膨胀土，尤其是强膨胀土与大气环境接触，避免因外部环境变化致使膨胀土体物理性质发生改变，造成工程破坏或无法正常运行。因此水泥改性土的应用能够有效的起到保护渠床的作用。同时水泥改性土进行的填筑应满足相关设计要求，改性土的抗剪强度应满足自身稳定及其与被保护体结合面上的抗滑稳定要求。 由于黄河以南的大部分地区及黄河以北的部分标段所在区域无法获得自由膨胀率20%的土料进行挖方渠道渠坡或渠堤保护层的填筑，
8、或由于运距较远，施工成本很大等原因，所以选用自由膨胀率65%中、弱膨胀土掺和 3%6%的水泥，降低其自由膨胀率至 35%以下，才能用于膨胀土（岩）渠床保护的换填材料和采用弱膨胀土填筑渠堤的外层保护材料。4削坡余料的产生 在渠道改性土填筑的过程中，为确保外坡角压实度，并适当考虑到碾压机械的工作面要求，改性土铺料时需超填。超填土料宜按照渠道设计坡比放坡，铺土厚度（松铺）一般为 35cm40cm，垂直换填厚度一般在 100250cm。根据不同的换填厚度，同一层以设计外坡脚为基准，顶部超填宽度不小于 30cm（参见图 1） 。超填部分可作为换填层的保护层，在渠道衬砌施工前削坡修整到设计边坡轮廓。 图
9、1.改性土换填超填示意图 设计边坡一般为 1:2.01:3.0，换填厚度为 30cm，超填宽度一般为90120cm。一般的运输、碾压和推土机等设备的作业宽度都在 3.0m 左右，为保证设备的安全工作面，因此超填宽度一般在 150cm 以上。按此计算一般填筑的超填量在 2530%。以目前施工单位改性土的单方平均报价 100 元/ m3 计算，换填总量在 3225.62 万 m3, 超填余料约为 806 万 m3, 如果此部分的余料不加以利用，造成的损失约为 8.06 亿元，数目相当可观。为减少不必要的损失、节约成本，施工单位有责任将其综合利用。 四削坡余料的利用 在中线局印发的南水北调中线一期工
10、程总干渠渠道水泥改性土施工技术规定 （试行）中有明确的规定改性土削坡余料可以用在渠道断面经设计同意的次要部位，即过水断面以外的地方可利用削坡余料。削坡余料可应用的范围详见示意图 2、图 3、图 4。 5图 2.全挖方渠段应用示意图 图 3.半挖半填渠段应用示意图 图 4.全填方渠段应用示意图 改性土在填筑上层时，宜将下层削至设计边线，并预留 10cm15cm的保护层。削坡余料要及时运输至渠道施工作业面以外的堆存场地。削坡余料要每平铺 20cm，撒一遍水，堆存一定方量后，需用塑料布将其覆盖，闷盖至少 3 天以上。目的是为了将削坡余料充分浸透，使土料完全松散，因为改性土在拌合完成并在空气中暴露一段
11、时间以后，由于水泥水化的作用，土料会结块并出现砂化的显现，如不加水闷盖将其充分浸透，改性土土料再次利用时很难达到压实度要求。 经闷盖后的削坡余料要按设计要求新进行最大干密度、最优含水率、自由膨胀率等检测（检测方法同改性土） ，并进行碾压试验确定合适的压实方法和参数，才可用于次要部位的填筑。对于削坡余料可不再进行水泥含量的检测，因为削坡余料经水泥改性后自由膨胀率满足要求。应重视的问题是削坡余料经加水闷盖后是否已经完全松散可重塑、不再有结块，填筑时压实度能否达到填筑要求。 6五、结束语 南水北调中线工程全线改性土填筑施工因工程本身和安全作业的需要，会产生数量相当可观的削坡余料。如果削坡余料不加以合理利用不仅会造成资金的浪费，更会造成资源的浪费。如何利用好改性土削坡余料，需要南水北调的每一名参建者出谋划策，也是每一个施工单位应尽的义务，节省工程投资，合理利用资源。将国家的资金用于更需要的地方，土地资源也能得到更有效的保护和利用。 参考书籍： 1 南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工工法（NSBDZXJ401） 2 南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工技术要求（NSBDZXJ201） 3 南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工监理实施细则（NSBDZXJ402） 4 南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀岩处理施工技术要求（NSBDZXJ202）
