南水北调工程粗砂垫层施工工艺参数的确定

李雪锋 赵 辰

（1.嵩县闫庄镇政府 河南 嵩县 471400；2.华北水利水电学院水利职业学院 河南 郑州 450008）

在修筑水利水电工程时，垫层的铺设可以起到保持土体稳定等重要作用。粗砂垫层在南水北调中线主干渠施工中有着非常广泛的应用。

粗砂垫层铺设方案的制定与选择制约着南水北调中线一期工程能否按期完工。

1 工程概况

新乡卫辉段第一施工标段，标段总长9.38km，其中渠道长9.09km；起点渠底高程为▽91.935m，终点渠底高程为▽91.373m，内坡坡比为 1：2、1：2.5、1：3。 全渠段采用混凝土衬砌，渠坡衬砌厚度均为10cm，渠底为8cm。渠道排水管采用Φ150软式透水管，渗透系数≥0.1cm/s，沿渠道方向纵向铺设，并每16m设一道横向连通管，软式透水管周围回填粗砂，每16m设一个逆止排水阀。

2 粗砂垫层铺设

2.1 概述

渠坡粗砂垫层采用粗砂，经机械压实，作为渠道衬砌混凝土的过滤层，可起到“排水滤土”保持土体稳定的作用；作为渠道土质边坡的找平层，改善和提高渠床与保温防渗层之间的加糙抗滑能力，并通过砂垫层的压力扩散作用，降低水压对渠床的压应力，减少渠道衬砌结构变形量。

本次试验段Ⅳ125+840～Ⅳ126+000的渠坡粗砂垫层厚度为5cm。

2.2 实验目的

确定粗砂垫层铺筑的机械设备、铺料厚度、压实方法、压实遍数等施工参数。

2.3 粗砂垫层技术要求

粗砂垫层料应材质新鲜，抗风化能力强，粒径小于0.075mm的颗粒含量应不超过5%，粒径小于5mm，级配良好，D15≥4d15，且D15≥0.1mm。粗砂垫层压实后相对密度不小于0.75。

2.4 施工方法

2.4.1 铺料

粗砂垫层铺筑时，由下游向上游依次铺筑。施工前，选用料经过检验合格后并经监理人批准方可使用。粗砂垫层采用分段施工，渠坡粗砂料经拌合楼拌合采用混凝土罐车运输至渠顶，卸料入斜坡摊铺机料斗，由斜坡摊铺机摊铺平整，采用振动平板夯实，两相邻条带之间夯击搭接宽度控制在20cm～30cm。

2.4.2 夯实

粗砂垫层振压：行走式桁架梁悬挂2.2kW标准平板振动器（振动器功率2.2kW、振动频率48Hz；平板托盘（普通钢板，两种规格：0.43m（宽）×0.71m（长）×5mm（厚）和 0.55m（宽）×1.0m（长）×5mm（厚），根据试验情况定出最优一种规格；行走速度2.6m/min）坡面上进行振压，振压平板置于砂滤层面虚铺高程位置处。顺坡上下往返振压一次为一遍，一个机位工作面振压宽度为（平板振动器长度）71cm（100cm），顺渠道轴线方向纵向移位时振动平板按10cm压痕重叠振压。平板振捣器的尺寸在试验过程中确定。压实工作结束后，经测量队复测砂垫层表面高程满足设计要求后，再进行压实度检测。

本次试验振压遍数选取2、4、6遍逐一进行试验。

2.5 质量检验

依据《渠道混凝土衬砌机械化施工单元工程质量检验评定标准》NSBD8-2010规范要求，对砂垫层采用灌砂法进行检测。砂垫层虚铺厚度、含水率、振压遍数不同参数，在试验过程中进行交叉组合，力求寻出能符合设计标准的碾压参数。压实后采用灌砂法取样进行相对密度检测。

平整度检测：砂砾料或粗砂料削坡按渠道削坡的有关要求执行。砂砾料或砂垫层表面平整度用2m靠尺或测量仪器控制，应不大于10mm/2m。发现凹坑及时人工补料。发现凸点，及时人工清除。粗砂垫层铺筑试验结果见表1、表2、表3。

表1 粗砂垫层铺筑试验结果汇总

表2 粗砂垫层铺筑试验结果汇总

由以上试验汇总数据可以看出，粗砂垫层含水率在6%，虚铺厚度在5.7cm、6.0cm时，夯实4～6遍相对密度都能满足设计要求；但从压实厚度来看，虚铺厚度为6cm，夯实4遍时所对应的压实厚度满足设计要求。

表3 粗砂垫层铺筑试验结果汇总

3 结论

根据以上试验结果分析，在本标段施工中必须满足以下施工参数：粗砂垫层施工适宜含水率为6%，虚铺厚度6.0cm，虚铺系数1.20，振压遍数选择4遍。在满足上述参数的前提下，粗砂垫层的铺设可以达到设计要求的“排水滤土”的作用，对于南水北调中线工程的安全运行起着非常重要的作用。

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