浅析水泥土换填技术在水利工程基础处理中的应用

浅析水泥土换填技术在水利工程基础处理中的应用

杨兵

杨兵

岳阳市君山水利工程建筑安装公司湖南省岳阳市414000

摘要：近些年来，建材市场材料种类也不断增多，其中，水泥土作为一种应用十分广泛的材料，在水利工程、公路等领域中具有非常明显的优势。作为一种混合材料，水泥土不仅具备水泥的作用，同时在与土混合凝结当中产生化学反应，让水泥土凝固后具有非常强的牢固性、耐久性，因此采用水泥土换填技术能够有效提高基础的承载力。基于此，本文重点探究水泥土置换技术在水利工程基础处理中的应用。

关键词：水泥土；换填技术；闸基；应用

引言

随着我国社会经济不断发展，我区电排改造和新建涵闸工程数量也不断增多，我区地处洞庭湖区，区内主要分布第四系河湖相冲湖积堆积地层，在工程建设中，经常遇到软土地基问题，必须要采取加固措施，否则因承载力不够导致闸基、泵站基础和出水箱涵发生不均匀沉降和变形，不仅会带来巨大的经济损失，同时还会威胁到湖区人群的生命健康安全。软土地基处理方法非常多，包括深层搅拌技术、水泥桩技术、水泥土换填技术等。本文提出水泥土换填技术，并结合我区友谊电排改造工程案例分析水泥土换填技术的应用，最后阐述水泥土的应用效果。

1.水泥土相关阐述

简单来说，水泥土就是将水泥、土料按照相应比例进行搅拌、捣实、养护而成的一种高密度复合型材料。在美国，水泥土的应用十分广泛，并建设了诸多的大规模工程，上世纪80年代还构建了水泥土专门的学术委员会。在制备水泥土时，主要会形成水泥凝结以及化学反应过程。相比普通的硅酸盐水泥混凝土来说，胶结材料包裹骨料外层，填充骨料间的缝隙，但水泥土并非如此，在混合料当中胶结材料并非包裹在骨料外层，也没有填充骨料缝隙，而是将没有粘结的土料分割成多个小块，之后将其粘结起来，从而达到理想的强度和耐性。水泥土的突出优点是可就地取材，减少运输，施工方便，价格低廉。适用于湖区地质条件不好的水闸、泵站及排水涵管的基础处理。另外，还可用于大坝护坡及公路路基等工程。

2.水泥土换填技术在闸基处理中的应用

水泥土换填技术在具体实施当中，需要根据工程条件和特点，做好前期准备工作，在施工中掌握施工要点，从细节出发，结合勘察数据、试验标准确定施工参数，这样才能够发挥水泥土换填技术的优势。

2.1工程案例

友谊电排改扩建工程由于地处洞庭湖区，工程地质条件差，基础存在软弱层，需要进行基础处理，大致情况如下：

拦污检修闸底板高程为24.72米（吴淞高程，下同），底板厚度1米，主泵房底板高底为23.5米，底板厚度1米，压力水箱、出水箱涵底和防洪闸底部高程为29.0米。出水箱涵为2.6米x2.6米x3孔，墙厚为0.4米，底部总宽9米，该部位自上而上依次为分为四层。（1）人工填土层2.8-3.3米（2）淤泥质粉质粘土层（软塑）灰黑色，软塑—流塑状，天然含水量高，具有高压缩性厚4.8-6.1米（3）粉质粘土（可塑）厚1.2-2米（4）粉质粘土层（硬塑）共四层。为了避免拦污检修闸、主泵房和出水箱涵及防洪闸基础承载力差，防止不均匀沉降和变形，本工程采用以下基础处理措施，拦污检修闸和主泵房底部采用水泥土换填，换填底部高程分别为22.62米厚度1米和21.0厚度1.5米，压力水箱、出水涵管和防洪闸段基础处理采用Φ500mm水泥土搅拌桩，间距1米，桩顶为水泥土换填层，底部高程为28.0米，厚度0.5米。

2.2选定料场、试验、集料

拦污检修闸基、主泵房基础和压力水箱、出水箱涵及防洪闸设计要求水泥土土料为粉质粘土，水泥采用普通硅酸盐水泥P·O42.5，水泥掺量比为15%。在进场之后根据地质资料、现场实际情况对附近土体进行取样送检，现场试验并确定混合料最优含水率、换填分层厚度、碾压遍数等参数。为了保障施工连续性，提升含水率控制的便捷性，按照图纸计算用量提前将土料及水泥堆放到施工现场。

2.3开挖基坑

在试验、备料阶段即可开挖基坑。本工程堤顶高程为35.6m，压力水箱、出水箱涵管和防洪闸段设计水泥土置换底高程为28.0m，基坑开挖深度最大为7.6m，每侧采用两级开挖自然放坡方法，开挖坡比为1：1.5，可以保证基坑的稳定性、降低土方开挖量。拦污检修闸和主泵房段地面高程为25.6米，水泥土换填基础底部高程为分别为22.62和21.0米，采用自然放坡方法开挖，开挖坡比为1：1.5。

2.4基坑验槽

采用现场验槽的方法，复测坑底标高，在坑底采用2m长钢钎插检查底部土层是否均衡，在验收合格之后即可展开水泥土换填。

2.5水泥土换填

2.5.1混合料搅拌与运输

在土料含水率达到标准时立刻覆盖塑料薄膜，混合料按照水泥、土料质量比为15%用1m3挖机机械拌制，位于堤身放坡顶部清理出一个大的平台作为拌制区，水泥土的运输采用挖机配合溜槽把熟料输送至基坑中，然后用翻斗车辅助运输。土原料含水率控制要比最优含水率高出3%左右。

2.5.2土料铺填与压实

铺料前要先清除坑底积水，布洒一层水泥之后即可铺料。通过分层填筑法提升整体密度，压力水箱、出水箱涵和防洪闸段摊铺两层，为防止对下部水泥土搅拌桩进行破坏，根据实验确定的碾压遍数用压路机静态碾压，拦污检修闸和主泵房的水泥土换填每30cm摊铺一层，根据实验确定的碾压遍数用压路机振动碾压，采用环刀法、灌砂法进行密度检测，直到满足施工标准。

2.5.3问题处理

如果施工时遇到阴雨天，需要采取覆盖防雨措施，避免土料含水量产生较大变化。如果因为现场意外情况导致施工中断，需要先洒水养护，恢复施工后将新老结合面倒毛之后再施工。

3.换填效果

从本工程整体施工情况来看，无论是经济效益还是质量效益，水泥土换填方案都取得了不错的效益，相比其他的地基处理方案有明显的优势。其主要表现在：

从本工程基础处理实际情况来看，水泥土换填压实度均大于0.93，承载力均不低于240KPa，满足了拦污检修闸、主泵房、压力水箱、出水箱涵及防洪闸的基础承载力设计标准，换填水泥土闸基处理方案，由于在土壤当中加入了水泥，在凝结之后会形成一个整体半刚性持力层，能够有效防止压力水箱和出水箱涵连续段的不均匀沉降和变形，有效弥补了软土层的承载性不足特点，提升了地基的稳定性和承载力，达到了软基处理标准。从造价层面上来看，水泥土单价为155元/m³，成本不高在湖区水利工程基础处理中可以广泛应用。

结束语

综上所述，采用水泥土换填技术，可以有效提高软土基础的牢固性、耐冲刷性，保证闸基的整体强度、承载力、耐持久性。通过对水泥土换填技术实际应用情况分析可知，该项技术相比其他的软基处理技术造价更低、效果较为理想，是非常值得推荐的水利工程基础处理技术。

参考文献：

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[3]张丹，化建新，赵杰伟.浅谈复杂地基条件下综合地基处理技术的应用[C]//2016年全国工程地质学术年会.2160.