白沙东干渠排水倒虹吸复杂条件下土方回填施工

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摘要：白沙东干渠倒虹吸下穿南水北调总干渠，该穿渠建筑物回填施工过程中存在工序多、作业面狭窄、回填料种类繁多、地下水极为丰富等一些难点，在南水北调中线干线工程禹州长葛段穿渠建筑物回填施工中施工难度非常大。本文通过简要介绍该穿渠建筑物土方填筑中存在的问题及解决办法，目的为今后类似工程提供参考。

关键词：土方填筑 低压缩性土 地下水 碾压 压实度

一、工程概况

1、工程概况

白沙东干渠排水倒虹吸与总干渠在禹州市朱阁乡田庄店东交叉，交角60°。轴线交叉点总干渠设计桩号SH（3）88+621.86，大地坐标X=3784705.291，Y=540897.272。而在交叉处总干渠右岸刚好为刘亮沟排水倒虹吸的出口。

白沙东干倒虹吸经布置建筑物水平投影总长288m，由进口段、进口闸室段、管身段、出口闸室段和出口段组成。进出口连接渠总长213m。土石方回填分为低压缩性土回填、高塑性土回填、级配混合砂砾混合料回填，回填部位位于管身段两侧及顶板以上。白沙东干渠倒虹吸具体布置情况见下图1

该穿渠建筑物土方回填共27196.88 m3，其中，低压缩性土回填4028m3、高塑性土回填9104m3、混合砂砾料回填315.88 m3、级配粗砂回填168m3，粘性土回填13581m3。另外土工格栅7027.8m2及土工布517.15m2。

二、施工总布置

白沙东干渠倒虹吸分为倒虹吸管身段回填和进出口及进出口闸室段回填。管身段不同类型回填土均以斜坡过渡，进出口及进出口闸室段回填部位主要为侧面回填，包括粘性土回填和排水砂带填筑。根据本工程施工特点及混凝土浇筑情况，先进行管身段基坑回填，随着填筑高程的上升再进行进出口及进出口闸室段回填。

三、施工工艺

1、施工工艺与施工流程图

㈡ 施工工艺

白沙东干渠倒虹吸基坑管身段回填施工工艺流程详见图2所示：

2、回填料的指标参数为：

回填土料主要为低压缩性土、高塑性土、混合砂砾料回填、级配粗砂回填及粘性土回填。其主要技术指标如下：

⑴ 低压缩性土：采用土加碎石，土类为中、重粉质壤土，卵石和碎石占总重量的30%～35%，粒径控制在20～100mm，压缩系数不大于0.1MPa-1，压实度不小于1.0，土石拌合均匀，渗透系数k

⑵高塑性土：填土液限WL>35%，塑性指数IP=15～20，压实度不小于1.0。

⑶ 级配混合砂砾料：最大粒径不大于15mm，且级配满足CU

⑷ 粘性土回填：回填土料同总干渠土料。

3、调整土料含水率

回填料最优含水率根据室内击实试验确定，并通过现场生产性试验确定各种土料含水率的控制范围。回填土料含水率偏低时，采用堆料法增加含水率，即将合格填筑土料进行分层铺土、分层散水湿润来提高土料含水率，以满足增加含水率的要求。含水率偏高时，采用翻晒法（本工程采用拖拉机犁耙、旋耕翻晒）降低含水率，该方法回填料的拌和均匀且晾晒效果好。

4、施工参数确定

根据白沙东干渠倒虹吸基坑回填特点及回填技术指标，本工程通过室内试验及现场试验最终确定采用20T振动碾、3T振动碾和蛙夯配合进行进行。建筑物周边2m范围内采用蛙夯进行夯实，2m范围以外采用20T振动碾或3T振动碾进行压实。具体参数见下表：

混合砂砾料和级配粗砂回填考虑采用平板振捣器进行施工，每层回填20cm，采用平板振捣器进行夯实，夯实方向沿倒虹吸轴线方向进行，采用进退错距法一次夯实，夯迹搭接10cm。

5、地下水影响处理

白沙东干渠道虹吸回填施工，最大难点在于该工程232m长的管身段，受地下水影响严重的管身段长度就有160m，高程范围就有6m，地下水渗水、涌水情况严重，完全不具备土方填筑旱地施工的要求。在地下水如此丰富的部位进行施工，如直接施工，不要说质量无法保证，就是想铺土碾压也办不到；如直接填铺碎石，采取挤压法处理该段基础，涌水较多也无法完成，怎么才能解决该部位的地下水影响问题成为该部位回填的关键所在。经过现场技术人员的认真分析，仔细研究并借鉴其他工程的成功经验以及自身的积极探索，为了解决该问题现场采取了如下措施：

首先，分段对底板淤泥进行清理，由于底板涌水严重，清理时采用人工清理配合吊罐，避免任何机械进入底板对其产生扰动破坏。在清理完成后迅速覆盖厚度约10cm碎，同时在坡脚与底板结合部开挖30cm×30cm沟槽，沟槽内布设直径为60mmPE排水花管，排水管周边采用砂砾料包裹15cm。上述的做法不仅可以避免因基础面时间较长或受到其它作业影响形成稀泥，而且还会使得底板上部的碎石层与沟槽内碎石、排水管形成良好排水系统，使碎石层以上成为“旱地”。

其次，排水管每隔30cm钻一排水孔，孔径按2cm控制 ，梅花型布置，纵向每隔15米上引一排水管以便后期灌浆用。排水管及底板上部碎石施工完成后，在碎石层上部覆盖土工布，采用C10砼厚10cm进行隔水、覆盖压重，该处采用土工布的目的是避免C10隔水混凝土施工过程中混凝土浆液侵入碎石层中致使碎石层透水情况受到影响后，水体超出碎石层进入混凝土使得混凝土

排水花管引至倒虹吸回填面最低处东0+152m桩号集水井处，集水井用40cm无砂管随填筑面上升安装上升，并在管内安装水泵抽排。

最后，在混凝土达到龄期后开始进行土方填筑作业，并在填筑高程高于地下水位时，停止抽水作业立即进行灌浆施工对底部基础进行固结。

通过以上处理，成功的解决了地下水对建筑物回填的影响，该部位各项施工均符合设计、规范要求，各项检测也全部满足设计要求。

6、 碾压施工方法

根据白沙东干渠倒虹吸结构形式与基坑回填施工特点，碾压机械无法直接进入开挖边坡坡脚与混凝土体型结构间的剩余空间施工，为避免回填土对管壁产生单向土压力，影响结构稳定性及完整性，倒虹吸管壁两侧回填需采取均衡上升。为满足上述要求，在管身两侧回填前修筑临时施工道路。根据渠道土方填筑施工技术要求，基础处理完成后，首先从水平管身段开始填筑，由低向高逐层铺土压实，均衡上升，待回填至刘亮沟倒虹吸渠底高程时，再对总干渠对应倒虹吸管底高程以下斜管段进行填筑，随后进行总干渠部位的建筑物回填，最后进行斜管身段、进出口及进出口闸室段两侧回填区分层进行回填。具体为：

首先，进行白沙东干渠倒虹吸第11#管节～13#管节（刘亮沟倒虹吸出口部位）两侧基坑Ⅰ区（107.35m～109.35m高程）低压缩性土回填。该段回填时结合倒虹吸两侧渠道开挖及混凝土工程施工临时施工道路布置情况，装载机由白沙东干渠倒虹吸两侧临时施工道路将回填土料倒运于靠近12#管节处的刘亮沟倒虹吸出口底板，再由长臂反铲到运至作业面，人工使用铁锹进行摊铺。考虑到该区域回填无法进行大型设备碾压施工，施工中采用了蛙式打夯机分层打压夯实及3t振动碾碾压，直至112.15m高程。

其次，进行第11#管节～13#管Ⅱ区（110.45m～112.15m高程）低压缩性土回填时，大型设备已具备施工条件，故管壁左、右两侧均采用自卸汽车拉运至现场，“进占法”与后退法相结合卸料。之所以采取如此方法是因为，低压缩性土摊铺时易分离，若完全采用“进占法”，根据现场试验碎石含量分布不均；若完全采用“后退法”则载重车会对下层填筑面造成剪切破坏，所以本工程中对两种卸料方法进行了结合。先采用“进占法”虚铺15cm推土机摊铺平料，后采用后退法卸料，再铺土15cm推土机摊铺平料，这样施工既保证了下层填筑面不被剪切破坏，又使得碎石土不易分离。铺土完成后采用20t凸块振动碾静压2遍振动8碾。在距管壁2米范围振动碾无法进行碾压施工部位，采用蛙式打夯机进行夯实。

再次，第11#管节～13#管Ⅲ区（112.15m～113.15m高程）回填，为水平管身段顶部高塑性土回填，本层回填为避免碾压设备在压实过程对倒虹吸管造成破坏，影响其结构的稳定性及完整性，管身顶板以上高塑性土采用蛙夯进行夯实。Ⅳ、Ⅴ区粘性土回填（112.15m～113.95m高程），采用大型振动碾碾压作业，其中Ⅳ区压实度按技术要求控制，Ⅴ区因是渠底保护层，对压实度无要求。刘亮沟倒虹吸出口部位土方分区填筑见下图3：

最后，113.95m～124.960m高程之间斜管段、总干渠底部位回填，参考白沙东干渠倒虹吸第11#管节～13#管节两侧回填进行。进出口及进出口闸室段底部至顶部设计高程间的回填，采用自卸汽车拉运至现场，“进占法”卸料，装载机或推土机摊铺平料，倒虹吸闸室段附近人工使用铁锹铺料。

7、雨季填筑施工

总的原则采取了“避开、适应和防护”，根据回填工程展开的施工作业面，填筑土料及时整平，及时进行压实。雨前将施工机械撤出作业面，停放在指定的机械停放区，做好填筑面的保护工作，下雨或雨后，尽量不要踩踏填筑面，禁止机械通行，防止填筑面形成稀泥。经雨水淋后的填筑面必须进过晾晒，并经抽检合格后方能进行下层填筑施工，严禁在连续雨天进行填筑施工。填筑区域应做好排水措施，并注意天气预报，在雨水来临前及时完成成型填筑，防止填土受雨水浸泡。

8、其他

在填筑过程中还需要，按照技术要求及时进行降水井处理，管节间土工布铺设，管壁泥浆涂刷以及层间结合面处理等工作，本文就不再详细叙述。

四、结语

在白沙东干渠倒虹吸土方填筑施工过程中，针对作业面狭窄施工中采取了分段分层施工的措施；针对地下水丰富，采取了先妥善引排地下水，再封闭，最后灌浆（堵漏）；针对低压缩性土回填过程中土体与碎石宜分离，施工工艺进行改进，使得该部位在复杂条件下土方填筑作业得以保质保量顺利完成。

参考文献：

《堤防工程施工规范》（SL260-1998）；作者：林昭 中国水利水电出版社

《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）；作者：甘 中国水利水电出版社

《土工试验规程》（SL/T237-1999）；作者：盛书馨 中国水利水电出版社

《渠道防渗工程技术规范》（SL18-2004）；作者：李安国 中国水利水电出版社

《土工合成材料 塑料土工格栅》（GB/T 17689-2008）作者：张裕宁 中国标准出版社