摘要： 过去砂性土用于水库大坝、河道堤防填筑的范例比较多，但砂性土用于渠道填筑并不多，特别是南水北调工程是第一次。砂性土料又分为粉细砂、中细砂、中粗砂、砂砾料四种，不同砂性土料其施工工艺、施工技术参数各不相同。南水北调中线京石段工程共有三处渠道砂性土填筑，即：S3标滹沱河段、S12标大砂河段、S19标唐河段。砂性土选用中细砂，现将S19标唐河段渠道砂性土填筑的施工工艺和质量控制要点浅述如下。
关键词： 南水北调中线,砂性土,渠道填筑
1工程概况
1.1工程基本情况
S19标砂性土填筑段位于南水北调中线京石段总干渠309+390～312+790段，全长3.4km。渠底宽度为15m，渠道深为7m，纵向比降为1/25000，渠道内外边坡比为1：3，渠口宽度65m。左侧堤顶为5m宽泥结石路面，右侧堤顶为5m宽沥青混凝土路面，渠底纵向设三道无砂混凝土排水管，间隔300～400m设横向汇水管与集水井相连，集水井处设排水泵站。该段共设9座排水泵站，其作用是排除渠底因地下水和渠道渗漏水，防止渠道在冬季不行水时产生冻胀破坏。渠道外坡左右侧设8m宽绿化带，绿化带外边沿设有截流沟和隔离网栏(南水北调中线工程全线全封闭)。详细渠道结构布置尺寸见附图。
1.2工程地质和环境情况
该渠段上游309+260处设有村交通桥，地面高程为76.2m，本填筑段地面平均高程为69.4m，高差为6.8m。交通桥与本填筑起点相距130m，原地貌为斜坡相接，本工程上游段左右侧设一级马道和防洪堤，一级马道与本渠段堤顶相接，本填筑段的下游与唐河倒虹吸相接。本填筑段为唐河多年古河床，属村民河滩地，地表以下为1m左右粉细砂，2～4m左右为细砂，4～7m左右为中细砂或中粗砂，7m以下为砂砾石，砂层分布不均匀，除河滩地以外，方圆10km以内，即地面高程为76.2m的地质情况经勘察，粘土层只有1～2m左右，分布也不均匀。根据设计要求，该渠段左侧渠堤填筑高度为5.6m，右侧渠堤填筑高度为3.7m，3.4km渠道填筑总方量约70万m3，若采用粘土回填按1.5m取土深度，共需征用约700亩农田。
1.3砂性土填筑方案使用的理由
该渠段若用粘土填筑需征用农田700亩，这样做一是增加了征地费用，二是取走了粘土、外露了砂土，使这700亩农田砂漠化，不利于环境保护。在距该填筑区10km以外的曲阳县的南边有粘土层超过3m的粘土料场，但要利用定州到曲阳段的公路为运输线，而定曲公路本身车流量大，交通部门不允许，而且增加了运距，从而加大了工程投资。经中线局和国调办专家会同设计单位反复研究决定，采用就地取材，利用渠道开挖的砂性土进行渠堤填筑。
2砂性土填筑施工工艺
任何填筑施工的质量控制都是检测填筑的密实度，砂性土填筑其密实度与砂料颗粒级配混合均匀度、虚铺厚度、含水率、碾压机械类型、碾压遍数等参数有关，因此，在正式填筑前，必须做砂料的击实试验和填筑碾压试验，以确定砂料的最大干密度、最优含水率和施工参数。
2.1砂料击实试验
击实试验砂样的采集，直接影响试验数据的科学有效性，为了比较分析，尽可能反映现场实际情况，采集三批试样送检，第一批为现场312+100处，采取竖直混合砂料，其最大干密度为1.76g/m3、最小干密度为1.50g/m3;采样里程为310+100，最大干密度为1.75g/m3、最小干密度为1.46g/m3。第二批为碾压试验场取样，分别取用了第一、第二、第三层已填筑好的砂样，采用单点法取样，其中第一层最大干密度1.82g/m3，最小干密度1.47g/m3;第二层最大最大干密度1.86g/m3，最小干密度1.5g/m3;第三层最大干密度1.83g/m3，最小干密度1.43g/m3。第三批取样采用试验现场多点法，取样时每份样品在碾压现场的每层各个部位取5个砂样进行混合，试验结果是：最大干密度从一层至六层顺序是1.81g/m3、1.80g/m3、1.78g/m3、1.80g/m3、1.84g/m3、1.81g/m3，最小干密度分别为1.35g/m3、1.36g/m3、1.25g/m3、1.31g/m3、1.38g/m3、1.32g/m3。三批击实试验数据相差较大，说明填筑区域内砂料差异很大。为了真实地反映砂料情况，后来又每100m取一组试样，进行击实试验，并在填筑过程中分段对比使用。
2.2碾压试验
(1)试验经过
为了取砂料方便，试验场地选择在渠道右侧311+125支槽桥右岸，试验长度50m。宽度26m，场地相对平整。试验用砂性土上料取用渠道开挖砂料，试验填筑用水选用距填筑面约50m水井取水。试验用机械挖掘机、20m3自卸汽车、20t光面压路机、装载机、推土机等。试验用检测设备：感量为0.01g天平称一台、称重为30kg感量为10g天平称一台，灌砂筒一套，称量200g感量0.1g天平称一台、铅盒若干、取样环刀3个、99%酒精若干。试验程序：基础处理→测量放样→砂料挖运→料场拌合→填筑面上料→人工配合机械整平→洒水→检测含水量→机械碾压→密实度检测→铺设土工格栅。试验目的确定填筑程序、工艺和施工参数。
(2)试验结果
确定的填筑程序和试验程序相同，确定的工艺参数：基础处理用人工配合推土机、砂性土料采用挖掘机开挖、20m3自卸汽车运输，料场拌合采用装载机拌合，拌合场至填筑面砂性土料运输采用装载机，填筑面采用人工配合装载机整平，人工洒水，20t光面压路机压实，人工铺设土工格栅。每层砂性土虚铺厚度为40cm，虚铺超宽2.4m，如下图：洒水量每立方米砂性土料洒水1.2t(探坑查看，以渗入下层10cm为宜)，碾压遍数为静压2遍、振动碾压6遍，轮迹搭接30～50cm，行车速度控制在30m/min以内，砂料松铺系数为1.253，细度模数为1.3以上。
2.3渠堤填筑施工工艺
(1)基础处理：根据设计技术要求渠堤基础必须用推土机将30cm 表层土清理干净，人工配合机械整平，将基础面上的杂物清除，然后用压路机碾压4～6遍，其相对密度为：基础面30cm为土基，相对密度不低于0.85，基础面30cm为砂基，相对密度不低于0.75。堤基清理完成后，报监理组织设计、业主、施工单位进行联合验收，验收通过后，进行下一道工序。
(2)测量放线：以渠道中线为基准线，以填筑高度和坡比测算填筑宽度，再加上超填宽度，用全站仪测定渠堤轴线(即堤中心线)。经试验确定，每层砂性土边沿有90cm宽度压路机不能行走，有坍陷现象，为了坡面密实超填30cm，又因坡比较缓(1：3)，需加宽1.2m，共计一边需超宽2.4m。每层碾压完成后，都要根据坡比、填层高度、以及超宽测放填筑面边线。
(3)填筑段布置：该段砂性土渠堤填筑长度为3.4km，分左右两侧同时填筑，为了加快施工进度，方便车辆运输，将3.4km渠堤填筑分成8个填筑段，每段400～500m，段与段之间预留10～12m施工通道，方便施工车辆通行，具体布置见下图：
渠道左右两侧各有8m宽绿化带，可以做砂料拌合场，兼做施工车辆通道。每个填筑段两端以1：3的斜面填筑，该斜面为上料通道，考虑车辆在砂性土斜面行走困难，可用粘土或砂砾料铺设40cm并压实。每段填筑成型后，将斜面粘土或砂砾料清除利用刷坡料补填段与段的空隙。由于用水量很大，在每个填筑段左右侧适当位置打一眼水井，全段共打井16眼。
(4)砂性土开挖运输：采用大型挖掘机开挖装车，大型自卸汽车运输，由于本区段表层为粉细砂料，不能用于填筑，必须清除运往弃土场，再将可用砂性土表面清理干净后，采用竖向开挖方法，进行后退式开挖，利用自卸车运往拌料场进行拌合。
由于该段渠道开挖深度平均为3.3m左右，对一般挖掘机来说在地面位置对渠底部位的砂料无法清理，在粉细砂清除后在砂料位置给装车造成困难。解决的办法：一是换用长臂挖掘机，二是将粉细砂清除一段后，制作跑箱，将自卸车开到砂料面上装车。
一个填筑段成型后，应及时进行机械削坡，用挖掘机自上而下将坡面多余的砂料堆放于渠底两侧。由于成型渠底多为中细砂基础，自卸车无法行走，我们采用的方法是：利用表层含泥量大的粉细砂在渠底中心线上铺筑10m宽的道路，采用倒退式装车，待所有坡面清理完毕后，再将渠底粉细砂清除。
(5)砂性土拌制：虽然渠道中的砂料采用竖向开挖，由于地质比较复杂，中砂和细砂分布不均匀，因此开挖的砂料必须经装载机充分拌合均匀后才能上填筑面。从试验数据显示，6个填筑层密实度差异较大，分析原因，砂料不均匀性是主要原因。在砂料充分拌合均匀后，还应检测其细度模数，若细度模数低于1.2的砂料太细，且含泥量也较高，洒水后会出现液化现象，影响填筑质量，不宜使用。
(6)上料与摊铺：由于每层填筑面上铺有土工格栅，车辆不能直接行驶，又因自卸车重量大，车轮接触面较小，容易沉陷，因此，从拌合场到填筑面的上料宜采用装载机，并从填筑段两端采用前进式上料，边上料边摊铺，最后人工整平。
在试验中发现，随着填筑层的升高，装载机在填筑面松散的砂料上行驶比较困难，上料效率比较低，在实际填筑过程中，采用了在填筑面上安置跑箱和在渠堤外侧利用长臂大挖斗挖掘机上料，基本解决了上料困难的问题。
(7)砂料洒水：砂料上好后用人工配合装载机整平，在填筑边线外用水准仪测定虚铺厚度。洒水采用机井水抽入蓄水池，再用水泵抽至填筑面，用人工手持水管一次性将砂料湿透的方法。为避免水冲刷造成填筑面的不平，由人工掌握水管进行小范围频繁移动，直至挖探坑检查水渗至下层填筑面以下10cm为止。根据现场测算。需水量折合每立方米砂料平均为1.2t，洒水量还应根据砂料天然含水量和细度模数等因素略作调整。否则会出现填筑面上局部液化现象。
(8)碾压密实和密实度检测：待洒水完成后立即进行碾压，碾压采用20t光面压路机先静压2遍，行测数据的准确性，我们邀请了河北省水科院检测中心进场抽检，并在现场试验室留人现场监督指导。检测方法为灌砂法，相对密实度大于0.75。
(9)土工格栅铺设：砂性土填筑中使用土工格栅，可以增加砂体的稳定性，预防砂体沉陷。土工格栅应选用高密度聚乙烯(HDPE)单向拉伸土工格栅，要求每延米拉伸屈服力≥80KN/m，土工格栅铺设层距为40cm，土工格栅应垂直于堤轴线方向铺展、绷紧，避免扭曲或坑洼，长度按设计要求裁制，土工格栅宜用宽幅，选用宽度不小于2m，土工格栅不宜拼接缝，确需接缝应采用搭接，搭接至少一个方格，并用细尼龙绳在连接处绑扎牢固。土工格栅在填筑面上用“U”型钉定位，“U”型钉呈梅花型布置，间距为1m。填筑碾压时不得发生位移。
3砂性土填筑质量控制要点
砂性土填筑的质量控制目标是填筑体的密实度，而影响填筑体密实度有：砂料细度模数、拌合均匀性、洒水量和洒水均匀性，填筑层虚铺厚度，碾压遍数，碾压机械行车速度等因素。在填筑施工中应重点加以控制。
3.1砂料细度模数控制：
在填筑施工中应加强细度模数的检测，为了准确控制砂料质量，应在开挖面和拌合场同时检测砂料的细度模数，杜绝细度模数1.3以下的砂料上堤填筑。
3.2砂料拌合均匀性控制：
在填筑施工中应多设几个砂料拌合场，砂料应充分拌合均匀，以满足填筑进度需要，未拌合均匀或未经拌合的砂料禁止上堤填筑。
3.3洒水量和洒水均匀性控制：
砂料的洒水量和均匀性直接影响填筑体的碾压密实度，在填筑过程中应设专人洒水，并根据检测细度模数值随时调整洒水量。洒水完成后应多挖几个探坑检测其洒水量和洒水均匀性。
3.4虚铺厚度和超宽控制：
每层上料之前应测定堤轴线，以轴线测定虚铺宽度，并以白灰定线，虚铺厚度用水准仪测定，沿填筑边线两侧堤轴线方向每20m设控制点，控制点可用砂堆或钢筋棍控制。
3.5碾压遍数和行车速度控制：
每层砂料的碾压遍数必须按试验参数进行，不得减少或遗漏，行车速度必须严格控制在30m/min以内，否则密实度达不到设计要求。
4结束语
S19标3.km渠堤砂性土填筑于2007年9月份开始，11月份填筑完成，2008年2月份对该段渠堤进行了沉降位移观测，最大沉降为3～8mm，没有产生位移。3月份开始渠道内坡混凝土衬砌，4月底衬砌完成，5月至7月进行渠堤外坡混凝土衬砌。2008年9月18日南水北调中线京石段总干渠正式向北京送水，经过8个月的输水，该段渠道无任何变化，没有发生沉降和位移，也未发生渗漏水现象，事实证明，砂性土用于渠堤填筑可行。
