南水北調中線南陽段工程水泥改性土施工探析

□張攀輝（洛陽水利勘測設計有限責任公司）

□于晉軻（黃河勘測規劃設計有限公司）

1.工程概況

南水北調中線委托河南省建設管理的南陽段工程共分4個設計單元，包括南陽膨脹土試驗段、白河倒虹吸、南陽市段和方城段工程，總長97.62 km，其中膨脹土段渠段共70.52 km，約占南陽段總長的72.2%。南陽段工程布置各類建筑物176座，其中南陽市段69座、方城段102座、膨脹土試驗段2座，白河倒虹吸工程及其控制閘、退水閘。南陽段批復概算總投資95.26億元，主要合同工程量：土石方開挖約5270萬m3，土石方填筑約2717萬m3、混凝土約196萬m3。工程共分為18個土建施工標，施工合同總額49.2億元，合同工期30個月。

2.工程特點

南陽段工程地處南陽盆地，位于陶岔渠首至沙河南段，除具有南水北調中線工程一般特性外，南陽段工程具有以下顯著特點：

2.1 戰線長、工期緊、任務重

南陽段工程全長97.62 km，涉及南陽市2個縣、3個區、20個鄉鎮116個行政村。由于膨脹土處理方案遲遲不能確定等原因，初步設計批復時間是2010年10月15日，其中強膨脹土段和中膨脹渠段設計變更方案于2011年8月底批復。經多方努力，南陽段工程于2011年3月全面開工，是中線工程開工最晚的渠段，合同工期30個月，較初設批復工期壓縮3-4個月，工期十分緊張。

2.2 水泥改性土換填工程量大，施工強度高

南陽段工程膨脹土渠段長度70.52 km，占明渠總長78.5%。膨脹土含有較多強親水性礦物質，強度受土體含水量和結構面發育程度的控制，一旦含水量發生變化土體迅速膨脹變形和開裂。如處理不好，會導致局部渠坡淺層邊坡失穩和深層滑動失穩現象，影響渠坡穩定性和建筑物安全，給施工帶來極大的技術難度。膨脹土試驗段在施工和試驗期間，先后發生6處大的滑坡。按照批復方案，膨脹土處理設計方案多為換填水泥改性土，對強膨脹土段和中膨脹渠段深挖段還需設置抗滑樁，挖深7～15 m中膨脹渠段是否設置抗滑樁仍需進一步研究。在招標完成后施工圖階段，由于處理方案的變化，水泥改性土換填工程量由招標階段的570萬m3增加到目前的990萬m3，水泥改性土換填工程量大、施工強度高，對施工組織和管理帶來一定困難。

3.水泥改性土施工進展情況

南陽段涉及水泥改性土施工的共16個標段，換填總量約990萬m3。目前，共安裝改性土拌和站33座，所有標段均已完成水泥改性土生產性試驗，16個標段已開始水泥改性土施工（10個標段已開始抗滑樁施工，已完成50962 m），已填筑完成265.06萬m3，占總換填量的26.8%。

4.水泥改性土施工存在問題及對策

從目前情況看，水泥改性土換填和土方填筑施工已成為制約整個南陽段工程進展的主要問題，如不抓緊妥善解決，可能對整個工期目標的實現造成大的影響。要解決這一難題，除要求施工單位加大資源投入、監理單位加強過程控制外，對一些客觀存在的技術問題也需要實事求是的加以分析，采取綜合措施，齊心協力加以解決。從南陽段現場施工情況看，主要存在以下問題：

4.1 碎土效率低

從南陽段水泥改性土施工情況看，改性土拌和站的實際生產能力僅能達到設備能力的50%左右。主要原因是土料含水率高、粘粒含量大導致碎土效率低。同時，將土料含水量降至適宜工序繁復、周期長，不能滿足施工強度要求，施工成本增加較多。

針對南陽段土料含水率普遍較高、粘粒含量大的實際情況，為提高碎土效率，采取了以下措施：

土料場內加強排水，提前進行翻曬；有條件的在工作面利用旋耕耙等設備翻曬、碎土，必要時，擬征用臨時土料晾曬場地。增加碎土機數量，提前碎土覆蓋儲存備用。借鑒淅川6標經驗，擬對碎土機進行改進。鑒于改性土拌和站的實際生產能力僅能達到設備能力的50%左右、路拌機對土料含水率適應性好且碎土效果好，建議允許采用路拌機路拌法作為水泥改性土場拌法施工的輔助。路拌法須經現場試驗并加強過程控制，保證施工質量。

4.2 水泥實際摻量大

在水泥和土料摻拌過程中，水泥的流量相對穩定，而土料的來量由于土料粘性大導致結塊等原因而導致相對不穩定，實測成品料水泥含量EDTA滴定檢測值一般大于摻定值。據統計，檢測平均值大于摻定值約12%～20%。如南陽市段2標EDTA滴定檢測水泥含量最小值5.2%，最大值6.7%，平均值5.6%。平均值5.6%較設定摻量5%大12%。

建議允許按實際水泥摻量調整換填單價。

4.3 “金包銀”方案

南陽段半挖半填渠段地面以上設計為中間填弱膨脹土、外側填水泥改性土的“金包銀”方案，要求“金包銀”填筑同步上升。按此要求，需待渠道開挖至設計斷面后方可進行水泥改性土換填施工，水泥改性土填筑到原地面時，填方部分的弱膨脹土才可與改性土填筑同步施工。同步填筑要求占壓減少了渠道工作面、增加了渠道開挖可利用土料二次轉運工程量，客觀上造成當前土方填筑作業面少，相當一部分渠段土方填筑施工強度達不到計劃要求。

建議在質量受控條件下研究地面以下換填和地面以上土方填筑同步施工的可行性。

4.4 “過壓”問題

南陽段渠道設計邊坡分別為1：2、1:2.5、1:3和1:3.5，垂直換填厚度分別為1 m、1.2 m、1.5 m和2 m。渠道換填水泥改性土時，按設計超填寬度≥30㎝的要求，則相應的水平換填寬度約為2.9～8.4 m。目前，20T凸塊振動碾的碾子寬度普遍為 2.2 m，碾壓施工過程存在“過壓”問題（施工技術規定要求碾跡重疊≥20㎝），增加了質量控制的難度。

4.5 “余料”問題

按《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》（NSBD-ZGJ-1-37）的要求：改性土鋪料時需超填，超填土料宜按照1:1.5坡比放坡，頂部超填寬度≥30㎝。經計算統計，削坡量達設計填筑量的20%以上，削坡“余料”量很大。按設計要求，“余料”可用在一級馬道以上渠坡、坡頂防水層、建筑物地基處理換填層、公路橋梁引道路基等次要部位回填。但在實際施工過程中，由于削坡與次要部位回填需求不同期或次要部位回填量小，將有相當量的“余料”要棄掉，增加工程成本和用地。

建議對“余料”使用部位要求進一步細化、明確，盡可能降低工程成本。

4.6 一排三覆蓋

鑒于膨脹土和水泥改性土的特性，為保證水泥改性土施工的進度和質量，在取土場設置通暢的排水系統以最大程度地減少降雨對土料含水量的影響非常必要。同時，已精削坡待填筑的渠坡的及時覆蓋、原土與已碎土儲料的覆蓋及水泥改性土中斷施工時填筑面的覆蓋，也至關重要。

建議對排水、覆蓋投入成本較大的標段，根據具體情況給予適當補償。

4.7 交流與引導

在南陽段改性土施工過程中，建管和監理注重組織了內部和外部的現場觀摩、交流和學習，取得了較好的效果。同時，為規范水泥改性土生產性試驗及成果的總結，建管處特聘專家編寫了“關于水泥改性土試驗報告的建議”，引導施工單位加強水泥改性土相關技術要求的學習，提高了水泥改性土生產性試驗及成果總結質量，有力地推動了水泥改性土施工進度。