全永威

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

1.1 地理位置

沙漠渠道位于吉拉溝以南，五個(gè)沙疙瘩以北的古爾班通古特沙漠，以三個(gè)泉倒虹吸出口為沙漠渠道起點(diǎn)，到阜康市東北五個(gè)沙疙瘩，沙漠南部邊緣出口，全長(zhǎng)166.49km。

1.2 地質(zhì)概況

沙漠渠道從北向南穿越古爾班通古特沙漠，除沙漠進(jìn)口(三個(gè)泉倒虹吸出口)2.2km屬第四系更新統(tǒng))沖洪積砂層外，其他均由沙漠風(fēng)積砂、沙漠砂顆粒粒徑組成，北部粒徑大于中部，中部略大于南部，粒徑組成由北向南逐漸變細(xì)。

1.3 渠道基本水力參數(shù)

過(guò)水?dāng)嗝鏋樘菪?，底?m，邊坡1∶2.5，渠深3.6～4.1m，縱坡1/8000～1/5000，設(shè)計(jì)流量42.5～47.5m3/s，加大流量49～55m3/s。

1.4 渠道結(jié)構(gòu)形式

自下而上按施工順序?yàn)?精修松散渠床砂基;換填渠床加固墊層;鋪筑3cm厚當(dāng)?shù)厣罢移缴皾{;鋪設(shè)0.6mm厚的聚乙烯土工防滲塑膜;鋪筑3cm厚水洗砂襯砌砂漿和六邊形預(yù)制混凝土板。

2 渠道墊層材料和施工方法的選擇

2.1 對(duì)渠床砂基進(jìn)行加固的必要性

沙漠渠道穿越古爾班通古特沙漠，而古爾班通古特沙漠是風(fēng)成類型沙漠，渠道開挖形成后不管是挖方渠床還是填方渠床，在渠床建基面均為松散砂基，為保證渠床砂基穩(wěn)定和便于之后襯砌防滲結(jié)構(gòu)層的施工，必須進(jìn)行加固。

2.2 墊層材料的選擇

選擇經(jīng)濟(jì)合適的墊層材料，應(yīng)從施工可操作性、排水性能、協(xié)調(diào)變形、加固效果、工程造價(jià)等多方面分別對(duì)砂礫石基層、固化體基層、當(dāng)?shù)厣吧皾{基層、土工格室基層、橡膠膜沙袋基層、土工膜袋基層、當(dāng)?shù)厣昂退瓷盎旌仙皾{基層進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)不同墊層的施工試驗(yàn)對(duì)比，從結(jié)構(gòu)可靠性、施工可操作性、經(jīng)濟(jì)合理性等多方面綜合比較后選擇砂礫石作為渠道墊層。

2.3 砂礫石墊層材料厚度的選擇

根據(jù)砂礫石墊層材料的試驗(yàn)情況，結(jié)合檢測(cè)取樣分析，從施工機(jī)械的可操作性、渠基改造加固的可行性、施工效率等多個(gè)角度進(jìn)行了厚度的選擇試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)20cm、30cm、40cm三種不同厚度的材料的對(duì)比試驗(yàn)，并結(jié)合斜坡碾壓、水平碾壓兩種不同碾壓方式的壓實(shí)效果，決定采用40cm厚度。

2.4 施工方法的研究

通過(guò)對(duì)水平直接碾壓試驗(yàn)、斜坡碾壓試驗(yàn)和水平同起碾壓試驗(yàn)三種不同的施工方法進(jìn)行試驗(yàn)，研究、分析三種試驗(yàn)方式。通過(guò)對(duì)渠基和砂礫石碾壓效果對(duì)比，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工等方面綜合研究，最終確定換填40cm厚砂礫石墊層，采用水平同起的施工方法。該方案在對(duì)砂礫石碾壓過(guò)程中直接和間接碾壓了渠床松散砂基，消除了渠床表層濕陷變形，減少了對(duì)渠床砂基的滲透沖蝕破壞。

3 砂礫石墊層料加固施工組織措施

合理的施工組織措施是提高各種機(jī)械施工效率，最大限度減少施工成本，在較短的工期內(nèi)完成砂礫石墊層料施工任務(wù)的重要保證。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定砂礫石墊層料在施工中的步驟為:準(zhǔn)備工作→測(cè)量放線→渠基清理→設(shè)置下渠道路→分層填筑→刷坡成型。

3.1 準(zhǔn)備工作

在砂礫石墊層料正式開工前要準(zhǔn)備好運(yùn)輸車輛、挖掘設(shè)備、碾壓設(shè)備、人力必備的條件。要在填挖地段分別做試驗(yàn)段，用以確定碾壓遍數(shù)、松鋪厚度等施工參數(shù)。

3.1.1 確定碾壓遍數(shù)

通過(guò)對(duì)100m渠床碾壓試驗(yàn)段檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，采用16t(最大激振力不小于290kN)的雙頻自行式振動(dòng)碾沿渠道軸線方向進(jìn)行碾壓，碾壓8遍即可滿足要求，其中靜壓1遍、高頻碾壓3遍、低頻碾壓4遍。行車速度控制在1.5km/h。

3.1.2 確定松鋪厚度

在砂礫石墊層料鋪筑時(shí)，砂基面與砂礫石墊層面要有一定高差;經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)取得砂與砂礫石料碾壓后各自的沉降量，確定砂礫石松鋪比砂基面高5cm左右，這樣碾壓完成后砂礫石墊層面和砂基面在一個(gè)水平面上，且兩個(gè)基面經(jīng)碾壓后都能到達(dá)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

3.2 測(cè)量放樣

先從復(fù)測(cè)后的加密控制網(wǎng)點(diǎn)上引點(diǎn)，采用全站儀進(jìn)行拐點(diǎn)及邊線放樣控制，用加工好的鋼筋樁做好定位標(biāo)識(shí);采用自動(dòng)水平安平水準(zhǔn)儀來(lái)控制基面及各填筑層的高層。

墊層料填筑前復(fù)測(cè)現(xiàn)渠床砂基。進(jìn)行砂礫石墊層料鋪設(shè)前，應(yīng)對(duì)渠床斷面進(jìn)行測(cè)量復(fù)核。由于風(fēng)積、風(fēng)蝕等現(xiàn)象的影響，極易造成現(xiàn)斷面與原斷面中心線有所偏差;根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)參數(shù)，確定渠道中心線位置、渠底高程，找出左右渠床因風(fēng)積、風(fēng)蝕影響造成的偏差，在邊坡上打樁掛線標(biāo)識(shí)層厚，以便準(zhǔn)確控制填筑厚度。

3.3 基礎(chǔ)清理

在復(fù)測(cè)渠床建基面后，找出風(fēng)積一側(cè)和風(fēng)蝕一側(cè)。風(fēng)積一側(cè)要機(jī)械配合人工將多余砂土集中到渠底。然后將渠底砂土用挖掘機(jī)運(yùn)送至風(fēng)蝕面一側(cè)，當(dāng)運(yùn)送的砂土還不能滿足風(fēng)蝕面一側(cè)要求時(shí)，就要采用自卸車從取土區(qū)拉運(yùn)砂土;挖掘機(jī)粗平整后，人工再精平，要保證修整后的渠床建基面與設(shè)計(jì)基面一致;這樣在人工翻砂時(shí)就不會(huì)造成因砂土過(guò)多，導(dǎo)致翻砂難度加大，或由于缺少砂土，而導(dǎo)致多填砂礫石料，從而增加施工成本。

3.4 設(shè)置下渠道路

下渠便道是為墊層料、機(jī)械設(shè)備入渠及跨渠行走而設(shè)置的，下渠便道每一公里左右設(shè)置一條。便道采用砂礫石料填筑，最大限坡不大于8%，寬度不小于4m，道路填筑時(shí)要壓實(shí)，要滿足載重車輛行駛安全。每一條路開設(shè)上、下游兩個(gè)道口。

3.5 分層填筑

3.5.1 分層填筑施工步驟

a.第一層平面的填筑碾壓，也是渠底層平面的填筑碾壓。施工時(shí)先按測(cè)量掛線及標(biāo)識(shí)樁的位置進(jìn)行人工翻砂，把圖1(Ⅰ)所示三角形砂土順渠上翻至第二層坡面上，同時(shí)將①三角區(qū)砂土翻至第二層坡面以上。碾壓第一平面，取樣合格后，鋪筑砂礫石料，如圖1(Ⅱ)所示。

圖1 分層填筑第一層平面填筑碾壓施工示意圖

渠底砂礫石墊層料鋪筑時(shí)采用“進(jìn)占法”施工方法，自卸車卸料，用裝載機(jī)或推土機(jī)將墊層料向已碾壓好的建基面進(jìn)行推進(jìn)，直至此施工段落渠底全部鋪筑完成后，再用振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓。

b.第二層平面的填筑碾壓，人工將圖2(Ⅰ)所示②三角區(qū)砂土挖除填至圖示①三角區(qū)內(nèi)，多余砂土翻至第三層坡面上。在翻砂時(shí)，采取左右渠床同時(shí)進(jìn)行的施工方案。翻砂完成后，鋪筑砂礫石料，第二層鋪筑砂礫石料時(shí)采用“倒退法”施工，即自卸車從碾壓好的第一層平面最內(nèi)端開始卸料，直至進(jìn)料口。挖掘機(jī)從最內(nèi)端開始平料，方式同第一層平面。砂礫石料鋪筑時(shí)將渠道全斷面鋪上，以加寬渠內(nèi)工作面，考慮到中間料要挖除不必碾壓，而兩側(cè)的碾壓，除按設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斷面將翻砂后的0.7m寬砂基和砂礫石料水平寬1.077m的墊層料壓實(shí)寬度外，為保證設(shè)計(jì)砂礫石料墊層厚度范圍內(nèi)碾壓的施工質(zhì)量，還應(yīng)考慮超寬填筑碾壓0.5m，即碾壓寬度為0.7+1.077+0.5=2.277m。

圖2 分層填筑第二層平面填筑碾壓施工示意圖

碾壓方式同第一層平面。

在進(jìn)行人工將圖2(Ⅱ)示②三角區(qū)砂土挖除填至①三角區(qū)內(nèi)(也就是將上一三角區(qū)砂土填至下一三角區(qū))施工時(shí)，要注意以下兩點(diǎn):

?人工挖除時(shí)要保證設(shè)計(jì)尺寸;?填至下一三角區(qū)的砂土要密實(shí)。在填筑時(shí)，人工應(yīng)用腳或其他工具將填筑區(qū)夯實(shí)，這樣就可以減少砂礫石料向砂土中的摻入量，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)以腳踩踏填筑區(qū)沒有明顯沉陷為準(zhǔn)。

c.第三平面的填筑碾壓，在翻砂時(shí)采用一側(cè)渠床先進(jìn)行施工的方案。為了充分利用機(jī)械，填筑時(shí)左右渠床分開進(jìn)行，先填好一側(cè)供碾壓，再填筑另一側(cè)，填筑、碾壓、取樣交替進(jìn)行。即一側(cè)渠床翻砂完成后就進(jìn)行砂礫石料的鋪筑，方法同第二平面，只是這一層面砂礫石墊層料的鋪筑寬度控制在4m(見圖3)。在砂礫石料鋪筑的同時(shí)進(jìn)行另一側(cè)渠床的翻砂，翻砂結(jié)束后鋪筑砂礫石，一側(cè)砂礫石填筑好段落進(jìn)行碾壓。

d.第四層的填筑、碾壓同第三層。

e.第五層的填筑碾壓、翻砂和碾壓方式同第三層，只是這一層的上料方式有所改變。在前四層自卸車可以到達(dá)所需鋪筑層面上卸料，如果還按照自卸車行走寬度進(jìn)行卸料，那么，給二次倒運(yùn)增加很大困難，也增加了施工成本。經(jīng)計(jì)算，在前四層上料，每層按4m寬度上料，可滿足斷面需量。然后挖掘機(jī)在第五層面將第一層面的多余沙礫石料填筑在第五層面上(見圖3)，挖掘機(jī)采用“倒退法”進(jìn)行施工，挖掘機(jī)在挖第一層面多余料時(shí)要控制好挖進(jìn)寬度，以免破壞已填筑好的層面。舉例如下:

以渠深4.1m的渠道墊層換填施工為例。設(shè)計(jì)斷面每米墊層需要砂礫石料11.6951m3，一般一臺(tái)320挖掘機(jī)的行走寬度為3.2m，而第四層面的總寬度為0.7+4=4.7m，滿足挖掘機(jī)行走要求。而前四層上料加上渠底上料總計(jì)為15.88 m3，滿足總填筑需要量。這樣在進(jìn)行刷坡時(shí)也不會(huì)因?yàn)楦挥嗔刻喽斐啥蔚惯\(yùn)的困難，還可以最大限度地利用機(jī)械效率。挖掘機(jī)在一側(cè)上料時(shí)，振動(dòng)碾可以在另一側(cè)展開碾壓工作，等這一側(cè)上料結(jié)束時(shí)，振動(dòng)碾就可以繼續(xù)進(jìn)行碾壓。如此往復(fù)，直至墊層料填筑完成，自卸車也不會(huì)因?yàn)楣ぷ髅嫘。⒄`卸料進(jìn)度。

圖3 分層填筑第五層平面填筑碾壓施工示意圖

f.此后各層翻砂、上料和碾壓方式同第五層，直至渠道邊坡全部填筑完成。為了能及時(shí)給下道工序提供工作面，前期填筑分段控制在100m左右，在滿足下道工序施工工作面時(shí)，砂礫石墊層填筑長(zhǎng)度應(yīng)以500m為一段，一是便于機(jī)械施工運(yùn)轉(zhuǎn)，二是減少段落間的施工接縫。

3.5.2 相鄰作業(yè)面搭接要求

相鄰作業(yè)面碾跡搭接寬度:平行渠道軸線方向不小于0.5m，垂直軸線方向不小于3m。相鄰作業(yè)面宜均衡上升，避免形成陡坎，嚴(yán)格控制1∶3的坡面平順過(guò)渡，以減少施工接縫。

3.5.3 入渠便道拆除要求

首先要計(jì)算此段渠道砂礫石墊層填筑需量，然后根據(jù)入渠便道砂礫石量，確定道路拆除后的外運(yùn)量。因此拆路填筑時(shí)，先外運(yùn)多余的砂礫石料，后用挖掘機(jī)把砂礫石料翻至一側(cè)，把砂基面修整后，按分層填筑法把一側(cè)填好，再把另一側(cè)砂礫石料倒至已填筑好的段面上，把砂基面修整好后，也按分層填筑法把此側(cè)填筑完成。

在拆除入渠便道段填筑時(shí)，一定要把砂礫石料翻整到位，從而使基面按要求進(jìn)行修整，以保證填筑好的墊層料符合結(jié)構(gòu)尺寸，保證砂礫石料及砂基各層面的碾壓到位，真正使砂基承載力得到加強(qiáng)。

3.5.4 分層填筑質(zhì)量控制和檢測(cè)成果

砂礫石料的壓實(shí)密度控制指標(biāo)采用相對(duì)密度Dr≥0.85時(shí)對(duì)應(yīng)的干密度，同時(shí)要滿足在垂直渠道邊坡40cm范圍內(nèi)砂基的壓實(shí)密度不得小于相對(duì)密度Dr≥0.75時(shí)對(duì)應(yīng)的干密度。且挖坑取樣時(shí)每100m長(zhǎng)每層取樣點(diǎn)數(shù)不少于一組，以第三單位工程為例。

第三單位工程全長(zhǎng)19.8km，其中渠道砂礫石墊層料填筑23.33萬(wàn)m3，取樣檢測(cè)4473組，合格率100%，最大干密度2.32g/cm3，最小干密度2.18g/cm3;壓實(shí)密度滿足設(shè)計(jì)要求。砂基干密度取樣檢測(cè)4893點(diǎn)，合格率 100%，最大干密度 1.83g/cm3，最小干密度1.66g/cm3。

3.6 刷坡成型

墊層料填筑到頂后，機(jī)械需要進(jìn)行初削坡，在碾壓好的平面上水平方向上預(yù)留20cm寬度，用挖掘機(jī)進(jìn)行第一次削坡(見圖4)。第一次削坡完成后，進(jìn)行測(cè)量放樣，間隔10m左右人工挖出精削坡標(biāo)準(zhǔn)坡面，挖掘機(jī)進(jìn)行第二次削坡，此次削坡挖掘機(jī)斗齒處需焊接一平板，斗齒處不焊接平板在削坡時(shí)不好控制削坡深度，容易破壞已碾壓好的砂礫石墊層。在進(jìn)行第二次削坡時(shí)，在水平方向上要預(yù)留5cm左右寬度，以免機(jī)械削坡破壞填筑面。

圖4 機(jī)械削坡示意圖

機(jī)械修坡完成后，測(cè)量精確打樁掛線放樣，以樁線為參考進(jìn)行人工精修坡。人工精修坡后，會(huì)造成表面粗糙、松散，不利于砂漿面的施工。所以在人工精修坡結(jié)束后，要用平板振動(dòng)夯對(duì)邊坡進(jìn)行夯實(shí)。對(duì)夯實(shí)后的坡面還有凸凹不平處，人工用鐵鍬鏟平，然后拍實(shí)，這樣就可以進(jìn)入下道工序的施工了。

4 結(jié)語(yǔ)

沙漠施工自然條件惡劣，夏季高溫，最高溫度在40℃以上，冬季嚴(yán)寒，最低溫度在-40℃以下;干燥少雨，多年平均降水量70～150mm，年蒸發(fā)量2000mm以上，以風(fēng)沙大而著稱，沙漠腹地 17m/s大風(fēng)日數(shù)10天/年，大風(fēng)主要集中在4～9月;交通極其不便，施工道路以簡(jiǎn)易砂石料路面為主;北疆供水工程沙漠渠道工程橫穿整個(gè)古爾班通古特沙漠，全長(zhǎng)166.49km，其中194萬(wàn)m3砂礫石墊層料是整個(gè)北疆調(diào)水工程中用量最大，換填施工難度最大的工程之一。砂礫石墊層施工是整個(gè)襯砌工程施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，砂礫石墊層施工進(jìn)度的快慢決定著襯砌施工的進(jìn)度。采用合理的施工組織措施，嚴(yán)格的檢測(cè)手段和有力的質(zhì)量控制是加快砂礫石墊層施工進(jìn)度的重要保證?！?/p>

1 GBJ 202—83地基與基礎(chǔ)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

2 DL/T 5129—2001碾壓土石壩施工技術(shù)規(guī)范［S］.

3 SL 260—98堤防工程施工規(guī)范［S］.

4 SL 237—1999土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.

5 SL 176—1996水利水電工程施工質(zhì)量評(píng)定規(guī)程(試行)［S］.

6 張立德.沙漠明渠工程設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.