j南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工技术要求.doc

南 水 北 调 中 线 干 线 工 程南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工技术要求（NSBD-ZXJ-2-01）南水北调中线干线工程建设管理局 印发二一年十二月前言膨胀土是一种具有特殊性质的土，其处理技术难度、处理工程量和投资都比较大，是南水北调中线工程面临的关键技术问题之一。南水北调中线一期工程总干渠沿线涉及到膨胀土问题的渠段较长，涉及范围广、条件复杂，任何局部的边坡失稳、衬砌结构的破坏都将可能影响渠道正常输水。为了确保膨胀土渠段的施工安全、施工质量及施工进度，特制定本技术要求。本技术要求依托“南水北调中线一期工程总干渠膨胀土试验段（河南南阳段）试验研究”项目，对膨胀土现场鉴别方法、施工技术、施工控制指标、质量检测方法、安全监测等提出了较为具体的要求，可供渠道膨胀土处理设计和施工参考。本技术要求由编制单位负责解释。印发单位：南水北调中线干线工程建设管理局编制单位：长江勘测规划设计研究有限责任公司主要审核人：谢向荣蔡耀军吴德绪曹为民程德虎庞敏倪锦初倪晖李静主要编写人：赵姚峰雄阳云华郝长江陈尚法周习军张春燕熊新宇温世亿目录1 总 则 . 11.1 编制依据 . 11.2 适用范围 . 11.3 一般规定 . 22 渠段膨胀土膨胀等级鉴定及处理措施现场调整. 42.1 渠段膨胀等级划分依据 . 42.2 膨胀土等级现场判别 . 42.3 施工期膨胀土渠道处理的现场调整 . 53 换填土料质量复核与质量要求 . 73.1 换填土料质量复核 . 73.2 换填土土料质量要求 . 84 膨胀土渠道地表及地下水处理 . 94.1 地下水特征 . 94.2 地表水处理 . 94.3 施工期间基坑排水 . 105 膨胀土开挖技术要求 . 125.1 膨胀土渠道土方开挖 . 125.2 保护层开挖与削坡 . 135.3 建基面的防护 . 145.4 地质编录与施工记录 . 155.5 土方开挖质量检查和验收 . 176 膨胀土渠道填筑施工技术要求 . 206.1 换填层填筑材料 . 206.2 水泥改性土生产工艺 . 206.3 非膨胀土换填施工 . 216.4 水泥改性土换填施工 . 246.5 填方渠道土方填筑 . 267 施工期滑坡处理技术要求 . 278 施工期安全监测技术要求 . 288.1 一般要求 . 288.2 监测设施埋设要求 . 298.3 现场观测要求 . 308.4 人工巡视检查要求 . 318.5 资料整理与初步分析 . 321总 则1.1 编制依据本施工技术要求主要依据现行水利水电工程的有关规程、规范，参考南水北调中线一期工程总干渠南阳膨胀土试验段的试验成果进行编制。依据的主要规程规范如下：土工合成材料测试规程SL/T235-1999土工试验规程SL/T237-1999堤防工程施工规范SL260-98渠道防渗工程技术规范SL18-2004碾压式土石坝施工规范DL/T5129-2001水利水电工程岩体观测规程DL5006-2007工程建设标准强制性条文(水利工程部分)岩土勘察规范GB 50021-2001建筑地基与基础工程施工及验收规范GB 50202-2002膨胀土地区建筑技术规范GBJ 112-87公路工程无机结合料稳定材料试验规程JTG E51-2009南水北调中线一期工程渠道工程施工质量评定验收标准（试行）NSBD7-2007施工过程中还应遵循其它相关规程、规范。1.2 适用范围1.2.1本施工技术要求适用于南水北调中线一期工程总干渠膨胀土渠段内涉及的膨胀土渠道开挖、膨胀土料填筑、膨胀土渠道保护处理等项目的施工。11.2.2非膨胀土渠道开挖工程、非膨胀土填筑工程，一般渠道设计及施工均涉及到的护坡、砂砾垫层和复合土工膜铺筑、混凝土衬砌等项目施工按照招标文件相关技术标准或设计单位提出的施工技术要求进行。1.3 一般规定1.3.1膨胀土挖方渠道施工作业程序一般为：开挖前准备、渠道开挖、地质编录及地质复核、地层膨胀土类别鉴定、保护层开挖、局部滑坡处理、开挖面临时保护、一级马道以上渠坡防护（包括换填层填筑）、一级马道以下衬砌结构（包括排水措施施工、换填层填筑、防渗土工膜敷设、混凝土衬砌施工）施工。1.3.2渠道开挖前,完成地表水系导引措施，并按设计要求完成挖方渠道两侧坡顶防渗层、截流沟、截水堤施工。1.3.31.3.4在上一级边坡处理完成之前，严禁下一级边坡开挖。渠道开挖断面轮廓线应符合施工详图所示的开口线、边坡和高程要求，一般情况下建基面和边坡均不应欠挖。1.3.5在实施处理措施前，应首先在室内进行所需换填土料源（包括改性土）分类指标的相关试验，包括土的液限、塑限、天然含水量及最大干密度等，并经监理人确认。1.3.6当填方渠段采用膨胀土填筑时，施工作业程序大体上概括为：填筑前准备、建基面清理、堤身膨胀土填筑及外包非膨胀土保护层填筑、填筑面临时保湿措施，渠堤外坡防护和渠道衬砌结构施工。1.3.7堤身采用膨胀土填筑施工时应根据设计材料分区要求，堤身膨胀土与外层非膨胀土保护层同时上升，堤身填筑应连续作业，填筑期间应采取临时措施防止填筑体失水。21.3.8采用改性方法对膨胀土进行保护时，应首先进行破碎及拌和设备选型及试验、水泥改性试验，确定水泥掺量、拌制工艺及相关控制指标。1.3.9施工中应选取适宜的开挖、运输和碾压设备，应结合所选施工设备复核换填作业面的稳定。1.3.10进行换填施工前，应结合换填作业面的施工条件，对换填土料进行碾压试验，选择碾压设备、碾压施工工艺、碾压控制指标。1.3.11膨胀土渠道应尽量避开雨天施工，渠道开挖施工前，应协商有关方面对穿越工程场地的地表水系、地下水管等采取导引或迁建处理，并根据作业面周边的地形条件采取地表水截排措施，避免施工期间各类地表水进入工作面。1.3.12开挖和填筑施工过程中，应对设计开挖面、渠道填筑面进行保护，防止雨淋冲刷或坡面土体失水。1.3.13开挖过程中，应对开挖边坡进行连续安全监测，并安排专人巡查，发现边坡出现变形、裂缝等坡体失稳迹象时，撤离附近及滑坡体下方机械和人员，并设置警示标志，并及时报告监理人及主管部门，研究确定处理方案，并组织实施。待处理后方可继续开挖施工。1.3.14按设计要求形成渠道开挖面或换填处理层后，应立即开展后续项目施工作业，避免开挖面或换填处理层长期暴露。32渠段膨胀土膨胀等级鉴定及处理措施现场调整2.1 渠段膨胀等级划分依据2.1.1膨胀土主要根据自由膨胀率大小划分为弱、中、强三个等级，初步设计阶段渠段膨胀土膨胀等级划分依据为：（1） 渠段有超过 1/3 土体试样的自由膨胀率大于 90%时，该渠段定为强膨胀土渠段；（2） 渠段有超过 1/3 土体试样的自由膨胀率大于 65%时，该渠段定为中膨胀土渠段；（3） 渠段有超过 1/3 土体试样的自由膨胀率大于 40%时，该渠段定为弱膨胀土渠段；2.1.2土体膨胀性与地层时代、地貌特征、岩性、颜色、钙质结核分布、裂隙特征等具有较好的相关性，各勘察设计单位应根据各渠段设计勘察成果进行膨胀等级分段，并分析研究各类膨胀土的地质地貌特征及宏观物理特征，建立相应的标准，供渠道开挖时鉴别之用。2.2 膨胀土等级现场判别2.2.1在渠道开挖施工前，勘察设计单位应根据设计勘察成果分析归纳施工渠段可能出现的各类土（包括非膨胀土）的地质、地貌和宏观物理特征，膨胀土的现场判别标准见表 2.1，并在施工开挖过程中不断完善。2.2.2在渠道保护层开挖前，各施工段应根据开挖面揭露的地层土情况，进行地质编录，并对照判别标准，从地层岩性、地形地貌、土体颜色、钙质结核含量及分布部位、裂隙发育程度等 5 个方面对开挖面揭露的地层或土体进行判别。当开挖现场判别结果与设计勘察成果发生较大差异，或现4场判别有困难时，应进行详细地质编录和记录，及时取样进行室内试验，并将判别结果报监理人。表 2.12.2.3膨胀土现场判别标准建设管理、监理人、勘察设计、施工各单位对现场膨胀等级判别成果进行确认。2.2.4渠道开挖过程中，针对开挖揭露的土体膨胀性，分析预测可能存在的工程地质问题。2.3 施工期膨胀土渠道处理的现场调整2.3.1由于膨胀土地层随机性强，施工阶段实际揭露的膨胀土分布情况或土体膨胀特性可能与设计勘察结果存在一定的差别。差别较大时，应根据渠道开挖揭露的实际情况对膨胀土处理方案进行必要调整。调整原则如下：（1） 当膨胀土分布区域界线发生变化时，膨胀土处理边界应根据实52裂隙密度条/m弱中强小裂隙2731494045大裂隙0.450.800.700.992.601.652.5长大裂隙0.00570.0350.0150.0310.0750.0560.070时代土体颜色，裂隙、孔隙发育，结核分布特征Q3褐黄、褐色粉质粘土，粉质壤土孔隙发育，微裂隙发育，分布在河流二级阶地黄色、黑褐色粉质粘土、粘土，裂隙发育，裂隙充填灰白色粘土，含钙质结核、孔隙较发育。多分布在河间平原Q2黄褐色、棕褐色粉质壤土、粉质粘土，孔隙较发育，多分布在岗顶表层、岗坡洼地棕黄色、桔黄色、褐黄色粉质粘土、粘土，长大裂隙较发育，裂隙面光滑，裂隙面常充填青灰色粘土或黑色铁锰质薄膜，夹大小不一的钙质结核或富集层、多分布在岗顶下部棕黄色、灰白色粘土、粉质粘土，裂隙中充填较多灰白灰绿色粘土，长大裂隙发育。Q1棕红黄色粉质壤土，裂隙、孔隙较发育棕红色粉质粘土、粘土，长大裂隙发育，充填灰白色粘土条带，夹钙质结核或成层分布紫红色粘土夹灰白色粘土，长大裂隙发育，含钙质结核Q坡积，灰褐色 粉质粘土、多分布在岗坡洼地黄色粉质粘土、粘土，长大裂隙发育，充填灰白色粘土条带、多分布在岗顶低凹处际情况进行调整；（2） 当渠段膨胀土等级发生变化时，应调整处理方案，并相应调整开挖断面；（3） 当地层中存在连通性较好的缓倾坡角软弱结构面时，应分析开挖期间可能的失稳区域和滑坡规模，并根据分析结果研究处理方案；（4） 当开挖过程中揭露局部区域膨胀性发生变化时，应针对局部区域进行处理方案；局部开挖轮廓应考虑边坡稳定需要确定；换填厚度可参考同类膨胀土处理厚度，当膨胀性较强的夹层厚度较小时，一般可不增加整个边坡的处理厚度；63换填土料质量复核与质量要求3.1 换填土料质量复核3.1.1对于设计选择的土料场、渠道开挖利用料、由于某种原因施工期间新增料场等料源，在进行料场开挖前，应对料场土料质量指标进行复核，复核内容包括：（1） 土体天然特性试验，复核膨胀性（自由膨胀率）、颗粒组成、天然含水量、天然密度；（2） 击实试验，复核击实后的压缩系数、压缩模量、抗剪强度、渗透性、最优含水量、最大干密度。3.1.2取样试验对选用料场土料质量进行复核时，不同料场取样数量应满足以下要求：（1） 设计规划的土料场复核取样按每个料场分区或岩性分层进行复核，每个区域或岩性分层取样试验组数不得低于 12 组。4 34 3量的倍数增加试验组数。（3） 新增土料场应按料场勘探相关技术规定，按详查深度要求进行料场工程地质勘察和试验。3.1.3料场复核性试验应由具有国家颁发的土工试验资质的试验单位、严格按相关试验技术规程进行。3.1.4料场取土开挖过程中应随时监视利用土层地层分布及土料天然特性及物理特性变化情况，发现变化时应及时复核鉴定，必要时应取样分析确认。7（2） 渠道开挖料作为料源时，则每段利用方量在 5×10 m 以内的利用土料所处地层的试验组数不得低于 12 组，大于 5×10 m 则需按利用料使用3.2 换填土土料质量要求3.2.1渠道坡面保护采用的换填土土料一般采用非膨胀粘性土或水泥改性土。当采用砂性土进行换填时应就换填厚度和坡面防护措施进行专门论证。3.2.2用于渠道换填处理的土料，其自由膨胀率应满足以下要求：（1） 当开采土料自由膨胀率在 40%65%之间时，应经水泥改姓后方能用于保护层换填处理；（2） 当开采土料膨胀率在 65%90%之间，建议不采用此种土料进行改性后换填，如填筑料源严重不足，可适当考虑对其改性后用于过水断面以上等次要部位换填；（3）当开采土料膨胀率大于 90%时，即使改性也不能用于换填层处理。3.2.3非膨胀换填含水量宜接近最优含水量；用于改性的弱膨胀土含水量宜低于最优含水量，用于渠堤填筑的弱膨胀土天然含水量宜略高于最优含水量。3.2.4本工程推荐采用水泥作为改性材料，水泥掺量应根据改性试验确定（弱膨胀土参考掺量可取 3%-5%，中膨胀土参考掺量 6%-8%）。当采用其它改性材料时，应经鉴定无毒无害；3.2.5一级马道以上，除了非膨胀粘性土、改性土外，也可采用粉质壤土进行换填处理。当换填层渗透性小于坡体土的渗透性时，宜在上层滞水带下部和地下水分布区域采取妥善排水措施。当地下水较丰富时，应采取引排措施。84膨胀土渠道地表及地下水处理4.1 地下水特征4.1.1膨胀土地层地下水大体可分为三类。（1） 赋存于浅层土体的根孔型孔隙和部分裂隙中的地下水，属于孔洞裂隙型上层滞水。（2） 局部土体因岩性差异，孔隙、裂隙发育，地下水稍丰，形成透镜状地下水。（3） 当渠底板膨胀土厚度较小，下部分布承压含水层时，在承压水头作用下，沿膨胀土孔洞或裂隙上升越流补给进入基坑。4.1.2孔洞裂隙型上层滞水（通常位于地表以下 4m 深度范围内），施工时可根据开挖面渗水情况判断，开挖过程中一般表现为开挖开始时有明显的地下水位浸润线，地下水呈团块状渗出，并逐渐疏干，地下水位浸润线消失，疏干范围小于 10m。渠道开挖施工中，坡面渗水现象通常数天后消失，一般对施工影响较小。4.1.3透镜状地下水，施工中地下水呈片状出现，水量相对丰富，渗水持续时间长且出水量较稳定，开挖停顿时基坑有积水现象。4.1.4渠底下部分布承压含水层时，具承压性质的地下水可能沿土体孔洞、裂隙渗出，甚至产生突涌，影响施工。若不采取降水处理，不但底板和坡脚土体迅速被软化，底板处理层碾压也无法进行。渠道运行期间，土体内水压力增高，还会引起渠道衬砌破坏。4.1.5三种类型地下水在分布、水量、危害等方面均不相同，渠道开挖时应通过分析判断，并选择不同的应对措施。4.2 地表水处理94.2.1膨胀土渠道开挖前，应根据现场地形及汇水条件、渠道沿线地面水系情况，做好地表水导引及坡顶截排水方案。4.2.2膨胀土渠道开挖施工前，应按设计要求做好地表水导引及截排措施，当设计文件没有明确要求时，可参考 4.2.34.2.5 条提出的措施和要求。4.2.3渠道坡顶地层为膨胀土，且厚度大于 7m 时，在渠坡坡顶设置防护层，保护范围应延伸到坡顶纵截水沟外侧，并进行绿化。4.2.4渠坡坡顶截水沟应做好铺砌及防渗漏处理，截水沟应结合地形条件分段布置向渠外排放的排水通道，排水通道之间的截水沟底坡平顺，严禁截水沟排水不畅，当地形条件复杂时可适当采取一定的挖填措施。4.2.5渠坡坡顶截流堤与纵向截水沟之间地面应做成倾向截水沟一侧的缓坡，以确保排水畅通，严禁坡顶积水。4.3 施工期间基坑排水4.3.1渠道在开挖过程中，应根据揭露的水文地质情况，以及开挖形成的基坑排水条件，及时做好开挖坡面和基坑积水引排措施，严禁在渠坡表面及坡脚积水。4.3.2施工期间应针对不同类型的地下水特点，结合施工组织安排选择合理的应对措施。对于上层滞水、透镜状地下水、渠底承压水，结合南阳膨胀土试验段施工情况，可参考以下处置措施：（1） 当上层滞水水量较丰或不能做到连续施工，开挖施工期间可能导致开挖面或坡脚积水时，应在坡底做好临时引排措施。临时排水沟应距坡脚一定距离（一般 3m 左右），必要时做好防护，并对汇水及时进行引排（或抽排），严禁坡脚积水造成土体软化。（2） 开挖揭露富含水的透水夹层时，应根据夹层所处的位置、夹层10透水性、夹层厚度，结合永久排水设计制定好开挖期间临时引排方案。（3） 对于渠底承压水，应根据承压水头和覆土厚度复核开挖期间覆土层的抗浮稳定性和渗透稳定性以及基坑渗水量，并根据分析结果采取相应的处理措施。当覆土抗浮稳定、渗透稳定、基坑渗水量三者之一不满足要求时，一般宜采取井点降水措施。当渗流量较小不致出现基坑积水现象时，降水主要以满足覆土抗浮稳定、渗透稳定为目的；当渗水量较大时，则宜将承压水位降低到基坑开挖面以下不少于 50cm。降水前，应进行抽水试验，以确定降水方法及降水设计参数。施工中严格限制施工设备对膨胀土体进行扰动，以免破坏土体结构、降低地基承载力。115膨胀土开挖技术要求5.1 膨胀土渠道土方开挖5.1.1在渠道开挖过程中，必须采取有效防护措施减少大气环境的影响，分层、分段开挖，一次工作面开展不宜过大，分段长度宜为 150200m。5.1.2膨胀土渠坡开挖与坡面防护分级跟进作业，本级边坡开挖完成后，及时进行边坡防护处理，单级边坡防护自下而上进行。在上一级边坡处理完成之前，严禁下一级边坡开挖。各级马道纵向排水沟应采用分段快速作业方式在砌石联拱等施工前完成。5.1.3土方开挖按照从上到下分层分段依次进行，开挖层一次不宜超过3.0m，严禁采用掏根法挖土或将坡面挖成反坡。对同一个断面、同一开挖层，由中间向渠道两侧开挖。同一区段内开挖应同时平行下降，不能平行下挖时，则两者高差不宜大于一个台阶。5.1.4膨胀土渠道土方开挖应按设计开挖轮廓线预留保护层，保护层厚度应根据不同渠段的地质条件确定，建议弱膨胀土预留保护层厚度不小于30cm，中、强膨胀土预留保护层厚度不小于 50cm。5.1.5对于中强膨胀土，在渠道设计开挖断面轮廓的坡脚处宜预留土墩，土墩宽度（底板宽度方向）2m，高度 2m，土墩边坡与开挖轮廓设计边坡相同。5.1.6在开挖过程中，在基坑内应结合施工组织，采取逐层设临时截流沟、逐层排水的方式，合理地分区、分片开挖，及时排走施工区的积水，尽量减少地表水和地下水对开挖施工的影响。5.1.7由于膨胀土地层中存在初步设计勘察中难以发现的软弱结构面，开挖过程中可能发生不同规模的局部滑坡。出现滑坡时，应及时处理，再接12着向下开挖；若分析预测存在较大的滑坡可能时，则应结合具体情况专门研究确定处理方案及施工作业程序。5.1.8在开挖施工过程中，应尽量避免大型的挖掘、碾压或吊装等重型设备在上一级马道和坡顶上行驶；避免在开挖好的马道上、坡顶及坡面堆放渣土和其他施工材料；不可避免时必须经过边坡稳定复核。5.1.9当开挖作业面接近保护层时，施工单位应根据开挖揭露的地层情况，监视膨胀土地层分布、膨胀特性的变化情况，发现与设计勘探成果出入较大时，应及时通知监理人，开展膨胀性鉴别，并研究处置措施。5.1.10当开挖作业面接近保护层时，定期测量校正开挖平面的尺寸和标高，按施工图要求检查开挖边坡的坡度和平整度，并将测量资料提交监理人。5.1.11施工过程中，遇建基面不慎雨淋、泡水、失水干裂等情况，应将影响范围内的土体挖除。5.1.125.1.13建基面不得欠挖，超挖部位不得以补坡、拍坡的形式处理。渠坡马道纵向排水沟施工应分段或跳槽施工，随挖随筑，严禁一次开挖到位后久置，沟槽开挖完成到砌筑并回填密实的时间间隔不应超过 4h。分段长度一般控制在 10-20m 范围内。纵向排水沟砌筑进度不得滞后开挖 5m。当天开挖部分应全部砌筑完成，不得拖至第二天。下雨期间不得进行纵向排水沟施工。5.1.14开挖料运至指定地点堆放。弃土场弃料按照表层土、弱膨胀土和中强膨胀土分区域堆放。5.2 保护层开挖与削坡5.2.1保护层开挖应在换填土填筑施工或一级马道以上弱膨胀土进行坡面13防护施工前进行，保护层开挖应集中力量快速施工，尽量缩短建基面暴露时间，保护层开挖完成后应立即组织后续项目施工。5.2.2在开挖保护层削坡时，要严格按照设计开挖轮廓进行定桩、挂线；挂线时必须将线拉紧，尽可能保持坡面平整。5.2.3一级马道以上的弱膨胀土坡面，不进行换填处理，其保护层开挖与削坡宜采用人工配合机械作业，保护层开挖后形成的坡面应平整，不应有浮土，开挖轮廓应满足设计轮廓，严禁坡中欠挖导致坡脚边坡变陡。5.2.4对于设计上要求设置换填保护层的膨胀土渠坡及渠底的保护层可采用机械开挖或人工开挖，不允许欠挖。5.2.5对于按 5.1.5 要求在坡脚处预留的土墩与保护层同期开挖。5.3 建基面的防护5.3.1完成保护层开挖后，应立即对膨胀土换填层建基面采取防坡面雨淋、防土体蒸发失水的临时防护措施，避免换填层填筑施工时，建基面出现饱水软土、失水干裂等现象。5.3.2膨胀土边坡的临时防护措施宜采用防雨布(低规格复合土工膜)进行防护。防雨布应沿纵向水平敷设，上层布压下层布，搭接宽度不小于 0.5m，防雨布顶部和底部应延伸到坡顶边线和坡脚线以外，坡顶延伸长度不小于2m，坡脚延伸长度不小于 1m；坡顶、坡底及坡面搭接处应采用土袋压牢。防雨布铺设时要做到全面覆盖不留空白，且尽量平整，避免雨水积聚产生渗漏。严防雨淋或风吹日晒产生龟裂、雨水浸泡滑坡等现象的发生。5.3.3膨胀土换填施工过程中，配合换填层上升高度，自下而上逐层揭除临时防雨布，揭除防雨布后换填层填筑面以上外露裸坡高度一般控制在 12m 范围内。在高温季节施工时不应大面积裸坡，受填筑层厚度要求，施工14中短期裸坡高度应控制在不大于 0.5m 范围内。5.3.4对于未及时以换填土覆盖的裸坡，视天气情况进行洒水保湿处理，尽量利用大型花洒进行洒水施工，以保证洒水的均匀性。洒水量与洒水频率，视天气情况而定，以建基面含水量保持在天然含水量左右为控制标准，以保证建基面土体不会因为失水发生干缩变形而改变其强度。5.3.5由于施工过程影响因素较多，在换填层建基面形成后，除采取以上保护措施外，应迅速进行后续处理措施施工，包括换填处理层填筑、一级马道以上护坡施工等。5.4 地质编录与施工记录5.4.1渠