摘要： 過去砂性土用于水庫大壩、河道堤防填筑的范例比較多，但砂性土用于渠道填筑并不多，特別是南水北調工程是第一次。砂性土料又分為粉細砂、中細砂、中粗砂、砂礫料四種，不同砂性土料其施工工藝、施工技術參數各不相同。南水北調中線京石段工程共有三處渠道砂性土填筑，即：S3標滹沱河段、S12標大砂河段、S19標唐河段。砂性土選用中細砂，現將S19標唐河段渠道砂性土填筑的施工工藝和質量控制要點淺述如下。
關鍵詞： 南水北調中線,砂性土,渠道填筑
1工程概況
1.1工程基本情況
S19標砂性土填筑段位于南水北調中線京石段總干渠309+390～312+790段，全長3.4km。渠底寬度為15m，渠道深為7m，縱向比降為1/25000，渠道內外邊坡比為1：3，渠口寬度65m。左側堤頂為5m寬泥結石路面，右側堤頂為5m寬瀝青混凝土路面，渠底縱向設三道無砂混凝土排水管，間隔300～400m設橫向匯水管與集水井相連，集水井處設排水泵站。該段共設9座排水泵站，其作用是排除渠底因地下水和渠道滲漏水，防止渠道在冬季不行水時產生凍脹破壞。渠道外坡左右側設8m寬綠化帶，綠化帶外邊沿設有截流溝和隔離網欄(南水北調中線工程全線全封閉)。詳細渠道結構布置尺寸見附圖。
1.2工程地質和環境情況
該渠段上游309+260處設有村交通橋，地面高程為76.2m，本填筑段地面平均高程為69.4m，高差為6.8m。交通橋與本填筑起點相距130m，原地貌為斜坡相接，本工程上游段左右側設一級馬道和防洪堤，一級馬道與本渠段堤頂相接，本填筑段的下游與唐河倒虹吸相接。本填筑段為唐河多年古河床，屬村民河灘地，地表以下為1m左右粉細砂，2～4m左右為細砂，4～7m左右為中細砂或中粗砂，7m以下為砂礫石，砂層分布不均勻，除河灘地以外，方圓10km以內，即地面高程為76.2m的地質情況經勘察，粘土層只有1～2m左右，分布也不均勻。根據設計要求，該渠段左側渠堤填筑高度為5.6m，右側渠堤填筑高度為3.7m，3.4km渠道填筑總方量約70萬m3，若采用粘土回填按1.5m取土深度，共需征用約700畝農田。
1.3砂性土填筑方案使用的理由
該渠段若用粘土填筑需征用農田700畝，這樣做一是增加了征地費用，二是取走了粘土、外露了砂土，使這700畝農田砂漠化，不利于環境保護。在距該填筑區10km以外的曲陽縣的南邊有粘土層超過3m的粘土料場，但要利用定州到曲陽段的公路為運輸線，而定曲公路本身車流量大，交通部門不允許，而且增加了運距，從而加大了工程投資。經中線局和國調辦專家會同設計單位反復研究決定，采用就地取材，利用渠道開挖的砂性土進行渠堤填筑。
2砂性土填筑施工工藝
任何填筑施工的質量控制都是檢測填筑的密實度，砂性土填筑其密實度與砂料顆粒級配混合均勻度、虛鋪厚度、含水率、碾壓機械類型、碾壓遍數等參數有關，因此，在正式填筑前，必須做砂料的擊實試驗和填筑碾壓試驗，以確定砂料的最大干密度、最優含水率和施工參數。
2.1砂料擊實試驗
擊實試驗砂樣的采集，直接影響試驗數據的科學有效性，為了比較分析，盡可能反映現場實際情況，采集三批試樣送檢，第一批為現場312+100處，采取豎直混合砂料，其最大干密度為1.76g/m3、最小干密度為1.50g/m3;采樣里程為310+100，最大干密度為1.75g/m3、最小干密度為1.46g/m3。第二批為碾壓試驗場取樣，分別取用了第一、第二、第三層已填筑好的砂樣，采用單點法取樣，其中第一層最大干密度1.82g/m3，最小干密度1.47g/m3;第二層最大最大干密度1.86g/m3，最小干密度1.5g/m3;第三層最大干密度1.83g/m3，最小干密度1.43g/m3。第三批取樣采用試驗現場多點法，取樣時每份樣品在碾壓現場的每層各個部位取5個砂樣進行混合，試驗結果是：最大干密度從一層至六層順序是1.81g/m3、1.80g/m3、1.78g/m3、1.80g/m3、1.84g/m3、1.81g/m3，最小干密度分別為1.35g/m3、1.36g/m3、1.25g/m3、1.31g/m3、1.38g/m3、1.32g/m3。三批擊實試驗數據相差較大，說明填筑區域內砂料差異很大。為了真實地反映砂料情況，后來又每100m取一組試樣，進行擊實試驗，并在填筑過程中分段對比使用。
2.2碾壓試驗
(1)試驗經過
為了取砂料方便，試驗場地選擇在渠道右側311+125支槽橋右岸，試驗長度50m。寬度26m，場地相對平整。試驗用砂性土上料取用渠道開挖砂料，試驗填筑用水選用距填筑面約50m水井取水。試驗用機械挖掘機、20m3自卸汽車、20t光面壓路機、裝載機、推土機等。試驗用檢測設備：感量為0.01g天平稱一臺、稱重為30kg感量為10g天平稱一臺，灌砂筒一套，稱量200g感量0.1g天平稱一臺、鉛盒若干、取樣環刀3個、99%酒精若干。試驗程序：基礎處理→測量放樣→砂料挖運→料場拌合→填筑面上料→人工配合機械整平→灑水→檢測含水量→機械碾壓→密實度檢測→鋪設土工格柵。試驗目的確定填筑程序、工藝和施工參數。
(2)試驗結果
確定的填筑程序和試驗程序相同，確定的工藝參數：基礎處理用人工配合推土機、砂性土料采用挖掘機開挖、20m3自卸汽車運輸，料場拌合采用裝載機拌合，拌合場至填筑面砂性土料運輸采用裝載機，填筑面采用人工配合裝載機整平，人工灑水，20t光面壓路機壓實，人工鋪設土工格柵。每層砂性土虛鋪厚度為40cm，虛鋪超寬2.4m，如下圖：灑水量每立方米砂性土料灑水1.2t(探坑查看，以滲入下層10cm為宜)，碾壓遍數為靜壓2遍、振動碾壓6遍，輪跡搭接30～50cm，行車速度控制在30m/min以內，砂料松鋪系數為1.253，細度模數為1.3以上。
2.3渠堤填筑施工工藝
(1)基礎處理：根據設計技術要求渠堤基礎必須用推土機將30cm 表層土清理干凈，人工配合機械整平，將基礎面上的雜物清除，然后用壓路機碾壓4～6遍，其相對密度為：基礎面30cm為土基，相對密度不低于0.85，基礎面30cm為砂基，相對密度不低于0.75。堤基清理完成后，報監理組織設計、業主、施工單位進行聯合驗收，驗收通過后，進行下一道工序。
(2)測量放線：以渠道中線為基準線，以填筑高度和坡比測算填筑寬度，再加上超填寬度，用全站儀測定渠堤軸線(即堤中心線)。經試驗確定，每層砂性土邊沿有90cm寬度壓路機不能行走，有坍陷現象，為了坡面密實超填30cm，又因坡比較緩(1：3)，需加寬1.2m，共計一邊需超寬2.4m。每層碾壓完成后，都要根據坡比、填層高度、以及超寬測放填筑面邊線。
(3)填筑段布置：該段砂性土渠堤填筑長度為3.4km，分左右兩側同時填筑，為了加快施工進度，方便車輛運輸，將3.4km渠堤填筑分成8個填筑段，每段400～500m，段與段之間預留10～12m施工通道，方便施工車輛通行，具體布置見下圖：
渠道左右兩側各有8m寬綠化帶，可以做砂料拌合場，兼做施工車輛通道。每個填筑段兩端以1：3的斜面填筑，該斜面為上料通道，考慮車輛在砂性土斜面行走困難，可用粘土或砂礫料鋪設40cm并壓實。每段填筑成型后，將斜面粘土或砂礫料清除利用刷坡料補填段與段的空隙。由于用水量很大，在每個填筑段左右側適當位置打一眼水井，全段共打井16眼。
(4)砂性土開挖運輸：采用大型挖掘機開挖裝車，大型自卸汽車運輸，由于本區段表層為粉細砂料，不能用于填筑，必須清除運往棄土場，再將可用砂性土表面清理干凈后，采用豎向開挖方法，進行后退式開挖，利用自卸車運往拌料場進行拌合。
由于該段渠道開挖深度平均為3.3m左右，對一般挖掘機來說在地面位置對渠底部位的砂料無法清理，在粉細砂清除后在砂料位置給裝車造成困難。解決的辦法：一是換用長臂挖掘機，二是將粉細砂清除一段后，制作跑箱，將自卸車開到砂料面上裝車。
一個填筑段成型后，應及時進行機械削坡，用挖掘機自上而下將坡面多余的砂料堆放于渠底兩側。由于成型渠底多為中細砂基礎，自卸車無法行走，我們采用的方法是：利用表層含泥量大的粉細砂在渠底中心線上鋪筑10m寬的道路，采用倒退式裝車，待所有坡面清理完畢后，再將渠底粉細砂清除。
(5)砂性土拌制：雖然渠道中的砂料采用豎向開挖，由于地質比較復雜，中砂和細砂分布不均勻，因此開挖的砂料必須經裝載機充分拌合均勻后才能上填筑面。從試驗數據顯示，6個填筑層密實度差異較大，分析原因，砂料不均勻性是主要原因。在砂料充分拌合均勻后，還應檢測其細度模數，若細度模數低于1.2的砂料太細，且含泥量也較高，灑水后會出現液化現象，影響填筑質量，不宜使用。
(6)上料與攤鋪：由于每層填筑面上鋪有土工格柵，車輛不能直接行駛，又因自卸車重量大，車輪接觸面較小，容易沉陷，因此，從拌合場到填筑面的上料宜采用裝載機，并從填筑段兩端采用前進式上料，邊上料邊攤鋪，最后人工整平。
在試驗中發現，隨著填筑層的升高，裝載機在填筑面松散的砂料上行駛比較困難，上料效率比較低，在實際填筑過程中，采用了在填筑面上安置跑箱和在渠堤外側利用長臂大挖斗挖掘機上料，基本解決了上料困難的問題。
(7)砂料灑水：砂料上好后用人工配合裝載機整平，在填筑邊線外用水準儀測定虛鋪厚度。灑水采用機井水抽入蓄水池，再用水泵抽至填筑面，用人工手持水管一次性將砂料濕透的方法。為避免水沖刷造成填筑面的不平，由人工掌握水管進行小范圍頻繁移動，直至挖探坑檢查水滲至下層填筑面以下10cm為止。根據現場測算。需水量折合每立方米砂料平均為1.2t，灑水量還應根據砂料天然含水量和細度模數等因素略作調整。否則會出現填筑面上局部液化現象。
(8)碾壓密實和密實度檢測：待灑水完成后立即進行碾壓，碾壓采用20t光面壓路機先靜壓2遍，行測數據的準確性，我們邀請了河北省水科院檢測中心進場抽檢，并在現場試驗室留人現場監督指導。檢測方法為灌砂法，相對密實度大于0.75。
(9)土工格柵鋪設：砂性土填筑中使用土工格柵，可以增加砂體的穩定性，預防砂體沉陷。土工格柵應選用高密度聚乙烯(HDPE)單向拉伸土工格柵，要求每延米拉伸屈服力≥80KN/m，土工格柵鋪設層距為40cm，土工格柵應垂直于堤軸線方向鋪展、繃緊，避免扭曲或坑洼，長度按設計要求裁制，土工格柵宜用寬幅，選用寬度不小于2m，土工格柵不宜拼接縫，確需接縫應采用搭接，搭接至少一個方格，并用細尼龍繩在連接處綁扎牢固。土工格柵在填筑面上用“U”型釘定位，“U”型釘呈梅花型布置，間距為1m。填筑碾壓時不得發生位移。
3砂性土填筑質量控制要點
砂性土填筑的質量控制目標是填筑體的密實度，而影響填筑體密實度有：砂料細度模數、拌合均勻性、灑水量和灑水均勻性，填筑層虛鋪厚度，碾壓遍數，碾壓機械行車速度等因素。在填筑施工中應重點加以控制。
3.1砂料細度模數控制：
在填筑施工中應加強細度模數的檢測，為了準確控制砂料質量，應在開挖面和拌合場同時檢測砂料的細度模數，杜絕細度模數1.3以下的砂料上堤填筑。
3.2砂料拌合均勻性控制：
在填筑施工中應多設幾個砂料拌合場，砂料應充分拌合均勻，以滿足填筑進度需要，未拌合均勻或未經拌合的砂料禁止上堤填筑。
3.3灑水量和灑水均勻性控制：
砂料的灑水量和均勻性直接影響填筑體的碾壓密實度，在填筑過程中應設專人灑水，并根據檢測細度模數值隨時調整灑水量。灑水完成后應多挖幾個探坑檢測其灑水量和灑水均勻性。
3.4虛鋪厚度和超寬控制：
每層上料之前應測定堤軸線，以軸線測定虛鋪寬度，并以白灰定線，虛鋪厚度用水準儀測定，沿填筑邊線兩側堤軸線方向每20m設控制點，控制點可用砂堆或鋼筋棍控制。
3.5碾壓遍數和行車速度控制：
每層砂料的碾壓遍數必須按試驗參數進行，不得減少或遺漏，行車速度必須嚴格控制在30m/min以內，否則密實度達不到設計要求。
4結束語
S19標3.km渠堤砂性土填筑于2007年9月份開始，11月份填筑完成，2008年2月份對該段渠堤進行了沉降位移觀測，最大沉降為3～8mm，沒有產生位移。3月份開始渠道內坡混凝土襯砌，4月底襯砌完成，5月至7月進行渠堤外坡混凝土襯砌。2008年9月18日南水北調中線京石段總干渠正式向北京送水，經過8個月的輸水，該段渠道無任何變化，沒有發生沉降和位移，也未發生滲漏水現象，事實證明，砂性土用于渠堤填筑可行。
