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南水北调中线一期工程总干渠土方填筑施工方案

最大风速（m/s）及风向

注：表中数据为鲁山气象站统计值。

本区的降雨特性不仅在年际上变幅大，而且在年内分配上也不均匀，60％～70％集中在汛期，多以暴雨形式出现，年降水量从南到北、从山区到平原呈递减趋势。

沿线空气湿度同期南北变差不大，冬季湿度最小，夏季湿度最大，多年平均相对湿度67％；多年平均水面蒸发量约2007.8mm（Ф20cm蒸发皿）。

本渠段通过膨胀土区6.38km，约占本渠段总长65.2%，分布弱膨胀土的渠段长5.77km，其中0.35km仅分布于渠底板以下；分布有中等膨胀性岩的渠段长0.61km，全部分布在渠底板以下。其中挖深小于10m的渠段长4.776km大唐灞桥发电厂翻车机室及1号转运站降水和基坑支护施工组织设计，10～15m的渠段长1.571km，大于15m的渠段长0.033km，，膨胀土（岩）分布见下表。

鲁山南2段膨胀土（岩）分布表

TS229+262.0

TS232+461.0

TS232+651.0

TS233+011.0

TS233+261.0

上弱膨胀土为主、下软质碎屑岩段

TS233+261.0

TS233+661.0

TS233+661.0

TS234+651.0

上弱膨胀土为主、下弱膨胀岩段

TS234+651.0

TS235+261.0

上弱膨胀土、砾砂、下软质

TS235+261.0

TS235+521.0

TS236+061.0

上粘性土、弱膨胀土、下软质

TS236+061.0

TS236+461.0

上粘性土、砾砂，下软质

渠道沿线分布弱膨胀土和中等膨胀软岩，因其裂隙发育的不均一性，无规律性，导致物理力学指标的离散性较强。

本段渠道存在的主要工程地质问题有：土（岩）膨胀性、渠道边坡稳定性、渠道开挖基坑涌水。

1、施工前，通过室内试验取得直接利用开挖料的相关试验参数，再进行现场碾压施工工艺试验，确定铺土厚度、碾压遍数等施工参数。

2、水泥改性土换填过程中，从拌合到碾压检测完成的延续时间，不宜超过4h。

3、推土机摊铺时，为确保边角压实度，应有一定的超填宽度。

4、碾压机械行走方向以及铺料方向应平行于堤轴线。

5、碾压过程中如有弹簧土、松散土、起皮现象，应及时清除。

6、降雨时应停止施工，但已摊铺的水泥改性土应尽快碾压密实。

7、非、弱膨胀土及换填改性土压实度P≥98%，中粗砂垫层碾压后相对密度不小于0.75。

8、坡面填筑前，应开挖成小台阶状，高度为每一层铺土的厚度。

9、分段碾压，相邻作业面的搭接碾压宽度，平行堤轴线方向不应小于0.5m，垂直堤轴线方向不应小于3m。

本标段渠段总长9.78km，其中渠道长9.066km，根据设计变更报告，本渠段开挖可利用料总计322万方，回填土总量167.3万方，其中渠道回填121万方，建筑物周边回填46.3万方，建筑物周边采用非膨胀土回填。渠道土方填筑工程量详见附页《鲁山南2段渠道土方填筑及料源规划表》。

1.6填筑施工工艺要求

根据中线局下发《南水北调中线一期工程总干渠渠道水泥改性土施工技术规定（试行）》文件，膨胀土特性试验研究和实际工程情况，本标段弱膨胀土渠段的渠底、渠坡换填及渠堤填筑大于3米的外包“金”和非膨胀土渠段渠堤填筑高度大于3米的外包“金”为水泥改性土。根据设计图纸及文件要求外包水泥改性土应与渠堤回填开挖土料同时上升，因此在渠堤填筑高度大于3米的渠段必须在开挖完成后才能进行填筑，并且渠道开挖可利用料须运送至水泥改性土拌合站改性后才能进行填筑，增加了二次倒运的工程量费用。渠堤填筑高度小于3米的渠段要求用非膨胀土填筑，因此非膨胀土填筑考虑就近利用开挖可利用料，减少土料转运的工程量。

1、南水北调中线一期工程总干渠陶岔渠首～沙河南段鲁山南2段招投标文件、合同文件；

1、《南水北调中线一期工程总干渠鲁山南2段渠道填筑施工技术要求》；

填筑设计要求：填筑土料的压实度≥98%。中粗砂垫层压实后的相对密度≥0.75。

工程质量目标：工程质量等级达到优良。保证工程无质量事故发生，填筑单元工程质量合格率达到100％，优良率达到85％以上。

施工安全控制目标为：无责任死亡事故发生，杜绝重大机械设备事故、重大火灾事故、特大交通事故、重大垮（塌）事故。

4.3环保及文明控制目标

以国家及行业标准为准则，坚持“均衡生产、文明施工、科学管理”为宗旨，指导工程建设。在实施过程中，所有施工作业人员挂牌上岗，施工标志齐全、美观，施工工艺科学合理，推进程序化、标准化、规范化作业。做到“工完、料净、场地清”。施工结束后恢复原貌，并做好相的绿化工作，创建安全文明工程。

施工用水主要为改性土拌制及填筑用水，由于用水量较小。改性土拌制用水采用打井抽取地下水作为施工用水，并在附近开挖蓄水池，拌制用水直接从蓄水池抽取。抽水泵选用口径φ50、扬程50m的潜水泵，供水管选用φ50UPVC管。填筑用水采用洒水车供水，取水利用施工营地设置的水井。

施工用电主要为改性土拌和机用电和施工照明，通过沿渠道就近布置的箱变，采用电缆引至拌制场地配电盘，从配电盘接引。沿渠施工作业面用电可由沿渠配电盘引出。

开挖弱膨胀利用料装车后经沿渠路，通过场内出渣路运至填筑工作面附近；用于改性的开挖料经沿渠路、利用渣场道路运往宋口村1#渣场改性拌制场地堆放。渠道右侧沿渠道路作为土方填筑的主要运输道路，水泥改性土拌合站到渠道右岸道路之间的施工道路采用碎石铺筑，长0.3km，宽度9m，厚度0.7m，并在两侧挖设底宽0.5m，深1.0m，坡比1：1的排水沟。

本标段改性土主要利用弱膨胀土改性，由于招标文件未提供改性土拌制场地，需要进行临时征地做为拌制场地（具体见中国水电二局［2011］技案028号）。由于新增临时征地很难在短期内解决，为满足改性土填筑进度计划需求，根据施工现场实际情况，利用弃渣场建拌制场。拌制场布置在二工区宋口村1#弃渣场（渣场面积77253m2），共布置2台改性土拌合机（具体见中国水电二局［2011］技案044号），同时配置2台土料破碎机。

本标段土方填筑料源全部采用渠道开挖利用料，利用料分为非膨胀土及弱膨胀土两种。开挖利用料按照就近利用原则，开挖与填筑尽量同步进行，减少利用料的二次转运。土方填筑及料源规划详见附表《鲁山南2段土方填筑及料源规划表》。

渠道工程按均衡、连续的原则安排施工，土方开挖、填筑尽可能在分段内平衡，分段内不能平衡的在标段内平衡。渠道填筑的施工重点是土方平衡、改性土的拌制及碾压填筑，在施工组织上重点围绕这几个方面进行考虑。

根据工程特点及工期要求，为便于施工组织管理，渠道填筑分段同开挖分段一致，分为三个施工区，具体分段情况如下：

1#施工区：渠道TS229+262～TS232+002段，长度2740m，该段包含澎河涵洞式渡槽、一座公路桥、一座生产桥、1座左岸排水倒虹吸及澎河分水闸退水闸；

2#施工区：渠道TS232+312～TS235+475m段，长度为3163m，该段包含2座左岸排水倒虹吸、3座渠渠交叉倒虹吸、3座公路桥、2座生产桥；

3#施工区：TS235+475～TS239+042段，长度为3163m（不包括淝河倒虹吸），该段包含淝河倒虹吸、3座渠渠交叉倒虹吸、2座公路桥、一座生产桥。

本标段合同文件要求：开工日期为2011年3月1日，竣工日期为2013年6月30日，总工期为28个月。根据《南水北调中线一期工程总干渠陶岔渠首～沙河南段鲁山南2段施工标鲁山南2段2012年施工进度计划》要求，渠道土方填筑计划2012年2月15日开始，2012年12月30日结束，汛期填筑施工按照一半计算，填筑总工期为8个月。

土方填筑计划2012年3月1日开始，至2012年9月16日结束，完成填筑63.09万m3。其中弱膨胀土填筑30.09万m3，水泥改性土31.33万m3，非膨胀土1.67万m3。

土方填筑计划2011年4月5日开始，至2012年12月30日结束，完成填筑24.03万m3。其中弱膨胀土填筑1.35万m3，水泥改性土21.99万m3，非膨胀土0.69万m3。

土方填筑计划2011年2月15日开始，至2012年11月23日结束，完成填筑34.18万m3。其中弱膨胀土填筑14.72万m3，水泥改性土15.22万m3，非膨胀土4.24万m3。

土方填筑最高强度为30.11万m3（其中改性土13.35万m3），出现在2012年5月。

根据土方填筑月最高强度，每月按照25天计算，每天两班作业，平均每班需挖装土料量为：

301100(m3)*1.3÷25(天)÷2(班)=7830（m3/班)

综合考虑挖装设备的以下几个因素：工作面的个数；挖装设备的几何容量；每分钟挖掘次数；掌子面厚度与运至自卸汽车的旋转角大小；渣料可松系数；铲斗充满系数；在掌子面内移动影响系数；工作时间利用系统。

取以上因素的中等偏上水平。按单斗挖掘机的装车能力公式计算：

式中Qh——单斗挖掘机的装车能力，m³/h；

qe——每斗有效装车量，m³；

TC——工作循环时间，min；

Tw——汽车替换时间；

根据以上公式计算得知斗容为0.9m³挖掘机装车能力为50m³/h。

计划投入的机械设备挖装能力：

27台挖掘机（斗容0.9m3），挖装能力为50m3/h，每班按8小时工作，班挖装能力为：27×50×8=10800m3/班；考虑机械完好率为0.75%，实际班挖装能力为10800×0.75=8100m3/班，大于最高强度7830m3/班。

根据计算，填筑时挖装设备每班需配置27台挖掘机（斗容0.9m3）可以满足施工强度要求。

改性土拌合站实际生产能力为150m3/h，每班按8小时工作，每套每班生产改性土150×8=1200m3/班，采用ZL50装载机（斗容3m³）进行上料，ZL50装载机（斗容3m³）挖装能力为100m³/h；计划投入的机械设备挖装能力：

2台ZL50装载机（斗容3m³），上料能力为100m3/h，每班按8小时工作，上料能力为：2×100×8=1600m3/班；

考虑机械完好率为80%，实际班挖装能力为1600×0.80=1280m3/班，大于最高强度1200m3/班。

改性土拌合机上料每班需配置2*3（套）=6台ZL50装载机（斗容3m³），即可满足3套改性土拌合站生产强度要求。

本标段土方填筑运输设备配置考虑采用综合运距计算，根据土料堆放场地位置和料源规划，取综合运距为3.5km。运输设备根据挖装设备、自卸汽车行驶速度及运距进行计算。

每车装、卸车时间平均20分钟；回转时间平均3分钟；自卸汽车行驶速度20km/小时；20t自卸汽车装渣容量（自然方）：7.5m3；

运输运距按3.5km计算，每小时1辆自卸汽车拉运1.3趟。

每班按8小时计算，本工程计划投入135辆20t自卸汽车，每班的总拉运量为：135×7.5×8×1.3=10530m3，考虑自卸汽车设备完好率为75%，每班实际总拉运量为10530×0.75=7900m3，大于每班需运量7830m3，可满足开挖运输的要求。

根据以上计算情况看，拟投入的运输设备为135台20t自卸车可满足土方填筑要求。

根据总进度计划安排，改性土填筑最高施工强度为17.35万m3。每月施工时间按25天计算，每天按2班考虑，每班按8h计算，平均每小时需拌制量为：17.35万m³÷25(天)÷2（班）÷8(h)=435(m³/h)。

目前本标段已配置2台WCB600稳定土拌和机，最大理论生产能力为500t/h（280m³/h）。考虑土料含水率及设备完好率，并结合相邻标段改性土实际生产能力约150m³/h。2台拌合站已无法满足施工强度及工期要求，因此，为了确保在2012年年底完成本标段所有土方填筑施工任务，我部计划再进场一台改性土拌和机。

改性土拌和机拌制能力：150×3=450m3/h，大于每小时需拌制量435(m³/h)，完全满足施工需要。

本标段改性土填筑量较大，配置以下设备完全能满足土方填筑施工，具体设备见下表。

拟投入本工程填筑施工设备表

每班投入机械。设备数量

华润电力常熟第二发电厂煤码头工程(高桩码头)施工组织设计渠堤填筑施工程序如下：

土方填筑分为渠堤弱膨胀土填筑及水泥改性土填筑，工艺流程如下：

非、弱膨胀土渠堤填筑碾压工艺流程：

水泥改性土填筑碾压施工工艺：

土方填筑施工前按照相关技术要求对渠道开挖利用料质量指标进行复核，通过室内试验，检测碾压试验土料物理指标：

⑴土样试验项目：自由膨胀率、颗粒组成、天然含水量、天然密度及击实后的压缩系数、压缩模量、抗剪强度、渗透性、最优含水率、最大干密度。

⑵水泥改性土试验项目：EDTA滴定试验、绘制水泥含量标准曲线，击实后的压缩系数、压缩模量、抗剪强度、渗透性、最优含水率、最大干密度。

根据室内试验取得的土料参数，进行现场碾压施工工艺试验，选定合理的施工压实参数：铺土厚度、水泥掺量及含水量的适宜范围（确定最优含水率）、压实方法和压实遍数，通过生产性工艺试验，研究和完善土方填筑的施工工艺和措施。

通过渠堤非、弱膨胀土填筑试验、弱膨胀土改性填筑试验三种碾压方式xx高速公路施工组织设计，经过试验对比及优化碾压参数，确定土方填筑的最终碾压参数如下（具体见《渠道弱膨胀土碾压试验报告》及《渠道水泥改性土碾压试验报告》）。