摘要：南水北調中線工程為解決部分標段因膨脹土渠道開挖保護回填缺少合適土料，進而采用水泥改性土換填施工;為保證換填面碾壓密實度和機械安全作業寬度，渠坡每層換填需要有一定的超填寬度。在渠坡襯砌施工前，需將坡面削至設計邊線，因此就造成了改性土削坡預料的產生。如不解決好削坡余料的利用，將會造成大量資源和資金的浪費。

　　關鍵詞：膨脹土,改性土,削坡,余料,利用,部位

　　一. 概述

　　南水北調中線干線工程在建項目總長1125km，共53個土建設計單元工程、166個施工標段;有膨脹土(巖)的渠段累計長約368km，占在建項目總長度的33%。其中：弱膨脹土渠段長213.075km，挖深<15m的中膨脹土渠段長100.513km，挖深≥15m的中膨脹土渠段長28.896km，強膨脹土渠段長25.588km。

　　初步設計階段，經多方案比選論證，對膨脹土(巖)渠道采取放緩渠坡和對膨脹土(巖)渠床換填保護層的措施處理，后經現場試驗和分析研究，并針對膨脹土(巖)的特性以及膨脹土(巖)渠坡失穩的機理和現象，為了進一步提高工程的運行安全度，對處理施工進行了優化設計，重點是對強膨脹土(巖)渠道和挖深≥15m的中膨脹土(巖)渠道在原換填保護層的基礎上，根據開挖后的地質情況增加了水泥改性土換填、邊坡抗滑樁和部分坡面鋼砼梁系，以加大保護力度。

　　水泥改性土換填的渠段分布在19個設計單元(占總設計單元的35.8%)，54個土建施工標段內(占總施工標段的32.5%)，需要改性土換填的渠段累計長度約300.22 km，占膨脹土渠段的81.6%;水泥改性土填筑量約3225.62萬m3。

　　二. 使用改性土的原因

　　膨脹土中含有較多的粘粒和親水性較強的蒙脫石或伊利石等礦物質成分，因此膨脹土就具有了這些礦物質成分所具備的物理特性，遇水膨脹，強度降低;失水干縮，強度增強。膨脹土的液限、塑限和塑性指數較大，壓縮性偏低，在天然含水率狀態下處于較堅硬的狀態，遇到外部環境變化，膨脹土的物理特性會使其展現出很強的力學特性。膨脹土遇水膨脹，其擴張力會使渠道的襯砌版被頂出或拉裂;膨脹土失水收縮，會使已開挖成型的渠道產生滑塌。因此，膨脹土渠坡易產生溜塌和滑坡等嚴重事故，還會產生收縮開裂、膨脹、松散、剝落等病害，對工程建設和后期運行潛在嚴重的破壞性。

　　填筑土料摻加3%~6%的水泥改性是最有效的降低自由膨脹率的方法。水泥的摻入改變了膨脹土的結構和化學成分，從而改變了膨脹土的物理力學特性，進而有效的降低了自由膨脹率的方法。

　　水泥改性土用于膨脹土挖方渠道的渠坡填筑和弱膨脹土填筑渠堤的外側保護層填筑，隔絕膨脹土，尤其是強膨脹土與大氣環境接觸，避免因外部環境變化致使膨脹土體物理性質發生改變，造成工程破壞或無法正常運行。因此水泥改性土的應用能夠有效的起到保護渠床的作用。同時水泥改性土進行的填筑應滿足相關設計要求，改性土的抗剪強度應滿足自身穩定及其與被保護體結合面上的抗滑穩定要求。

　　由于黃河以南的大部分地區及黃河以北的部分標段所在區域無法獲得自由膨脹率<20%的土料進行挖方渠道渠坡或渠堤保護層的填筑，或由于運距較遠，施工成本很大等原因，所以選用自由膨脹率<65%中、弱膨脹土摻和3%～6%的水泥，降低其自由膨脹率至35%以下，才能用于膨脹土(巖)渠床保護的換填材料和采用弱膨脹土填筑渠堤的外層保護材料。

　　三. 削坡余料的產生

　　在渠道改性土填筑的過程中，為確保外坡角壓實度，并適當考慮到碾壓機械的工作面要求，改性土鋪料時需超填。超填土料宜按照渠道設計坡比放坡，鋪土厚度(松鋪)一般為35cm～40cm，垂直換填厚度一般在100～250cm。根據不同的換填厚度，同一層以設計外坡腳為基準，頂部超填寬度不小于30cm(參見圖1)。超填部分可作為換填層的保護層，在渠道襯砌施工前削坡修整到設計邊坡輪廓。

　　設計邊坡一般為1:2.0～1:3.0，換填厚度為30cm，超填寬度一般為90～120cm。一般的運輸、碾壓和推土機等設備的作業寬度都在3.0m左右，為保證設備的安全工作面，因此超填寬度一般在150cm以上。按此計算一般填筑的超填量在25～30%。以目前施工單位改性土的單方平均報價100元/ m3計算，換填總量在3225.62萬m3, 超填余料約為806萬m3, 如果此部分的余料不加以利用，造成的損失約為8.06億元，數目相當可觀。為減少不必要的損失、節約成本，施工單位有責任將其綜合利用。

　　四.削坡余料的利用

　　在中線局印發的《南水北調中線一期工程總干渠渠道水泥改性土施工技術規定》(試 行)中有明確的規定改性土削坡余料可以用在渠道斷面經設計同意的次要部位，即過水斷面以外的地方可利用削坡余料。削坡余料可應用的范圍

　　改性土在填筑上層時，宜將下層削至設計邊線，并預留10cm～15cm的保護層。削坡余料要及時運輸至渠道施工作業面以外的堆存場地。削坡余料要每平鋪20cm，撒一遍水，堆存一定方量后，需用塑料布將其覆蓋，悶蓋至少3天以上。目的是為了將削坡余料充分浸透，使土料完全松散，因為改性土在拌合完成并在空氣中暴露一段時間以后，由于水泥水化的作用，土料會結塊并出現砂化的顯現，如不加水悶蓋將其充分浸透，改性土土料再次利用時很難達到壓實度要求。

　　經悶蓋后的削坡余料要按設計要求新進行最大干密度、最優含水率、自由膨脹率等檢測(檢測方法同改性土)，并進行碾壓試驗確定合適的壓實方法和參數，才可用于次要部位的填筑。對于削坡余料可不再進行水泥含量的檢測，因為削坡余料經水泥改性后自由膨脹率滿足要求。應重視的問題是削坡余料經加水悶蓋后是否已經完全松散可重塑、不再有結塊，填筑時壓實度能否達到填筑要求。

　　五、結束語

　　南水北調中線工程全線改性土填筑施工因工程本身和安全作業的需要，會產生數量相當可觀的削坡余料。如果削坡余料不加以合理利用不僅會造成資金的浪費，更會造成資源的浪費。如何利用好改性土削坡余料，需要南水北調的每一名參建者出謀劃策，也是每一個施工單位應盡的義務，節省工程投資，合理利用資源。將國家的資金用于更需要的地方，土地資源也能得到更有效的保護和利用。

　　參考書籍：

　　[1] 南水北調中線一期工程總干渠渠道膨脹土處理施工工法(NSBD—ZXJ—4—01)

　　[2] 南水北調中線一期工程總干渠渠道膨脹土處理施工技術要求(NSBD—ZXJ—2—01)

　　[3] 南水北調中線一期工程總干渠渠道膨脹土處理施工監理實施細則(NSBD—ZXJ—4—02)

　　[4] 南水北調中線一期工程總干渠渠道膨脹巖處理施工技術要求(NSBD—ZXJ—2—02)