中小型水利工程水泥土地基處理施工方法及監(jiān)理控制

陳加志

(宿遷市水利工程建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司 223800)

魏曉祥

(沭陽縣水務(wù)局 223600)

范以宇

(宿遷江淮水利集團(tuán)公司 沭陽 223600)

水泥土是通過在素土中拌入一定比例的水泥，使水泥和土充分拌和并進(jìn)行壓實，水泥和土中的水分發(fā)生充分反應(yīng)，在壓實成形后，水泥開始凝結(jié)產(chǎn)生強度，從而達(dá)到提高地基強度的目的。近年來，水泥土雖得到廣泛的研究和應(yīng)用，但對于施工和監(jiān)理，至今沒有統(tǒng)一的操作規(guī)程。目前，發(fā)表的相關(guān)文章，也大都是針對公路路基中的水泥土處理。公路路基具有開闊的施工面，而中小型水利工程的施工面局限性較大，兩者水泥土地基處理在施工方法及監(jiān)理控制上有諸多不同。筆者通過在蘇州宿遷工業(yè)園區(qū)防汛泵閘工程中的實踐，介紹中小型水利工程水泥土地基處理的施工方法及監(jiān)理控制要點。

1 工程概況

蘇州宿遷工業(yè)園區(qū)是江蘇省委、省政府實施“區(qū)域共同發(fā)展”、“加快蘇北工業(yè)化”、“實現(xiàn)宿遷更大突破”等一系列重大戰(zhàn)略決策的重要舉措，是蘇州宿遷兩市緊密合作共建的新型工業(yè)園區(qū)，位于宿遷市區(qū)西。

為提升蘇州宿遷工業(yè)園區(qū)的防洪排澇能力，2012年4月，在園區(qū)的東西南北四個角，分別開始興建為民河北閘站、為民河南閘站、利民河閘站和民便河?xùn)|閘。2012年8月，主體工程完工，其中:為民河北閘站設(shè)計了水泥土地基處理方案。為民河北閘站位于宿遷市為民河與清水河交界處商住區(qū)的東北角，兼有防洪、補蓄水、排澇功能，共7 孔，其中:6 孔為泵室、1 孔為閘室。該閘站有上游聯(lián)接段、上游消力池段、泵閘室段、下游消力池段、下游聯(lián)接段，其中:上游聯(lián)接段平面尺寸為60m×15m、上游消力池段平面尺寸為35.6m×10m、泵閘室段平面尺寸為35.6m×11.5m、下游消力池段平面尺寸為35.6m×8.5m、下游連接段平面尺寸為60m×15m。泵閘室段及下游消力池段地基設(shè)計采用8%水泥土處理，其他段設(shè)計采用6%水泥土處理，壓實度設(shè)計均為97%。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 試驗檢測

用于本工程的水泥、土料在監(jiān)理見證下，送有資質(zhì)的檢測中心進(jìn)行檢測，檢測項目有:

a.水泥原材檢測。本工程使用的P.O42.5 水泥，經(jīng)檢測合格，初凝時間為184min，終凝時間229min，監(jiān)理同意此批水泥在本項目中使用。

b.水泥劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線試驗，測出在一定水泥劑量下EDTA的平均耗量，為復(fù)核拌和后水泥土的水泥劑量提供依據(jù)。

c.水泥土擊實試驗，測出水泥土最優(yōu)含水率與最大干密度，為壓實度檢測提供依據(jù)。經(jīng)檢測，本工程8%水泥土的最優(yōu)含水率為15.9%，最大干密度為1.762g/cm3。

2.2 施工段劃分

中小型水利工程水泥土地基處理，因其各段設(shè)計的水泥劑量不一致，以及施工過程中的其他多諸多因素，一般不能一次性進(jìn)行全部施工，而是分段施工。水泥土處理施工段一般與底板施工段相一致，以配合上部結(jié)構(gòu)的施工。

2.3 基坑降排水

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，本工程水泥土基面以下20m范圍內(nèi)均為粉質(zhì)黏土，有一定的透水性，但其透水性不強，比砂土差。經(jīng)分析，在泵閘室基坑周圍使用輕型井點法降水。通過輕型井點法降水，截住基坑外圍來水，抽排基坑內(nèi)地下水，地下水位不再上升。

由于基底土質(zhì)為粉質(zhì)黏土，透水性不強，僅靠輕型井點降水，速度較慢。本工程在使用輕型井點降水的同時，輔以明排措施，即沿基坑外圍開挖排水溝，排水溝底部比基坑表面深70～100cm;在基坑中間開挖縱橫排水龍溝，龍溝底部比基坑表面深約30cm;在排水溝的兩個角開挖集水坑。基坑內(nèi)部的水通過龍溝排入基坑外圍的排水溝，再匯入到集水坑，然后用潛水泵統(tǒng)一抽排。

基坑降排水時，監(jiān)理重點控制環(huán)節(jié)為:?根據(jù)土質(zhì)，審批施工單位的降排水措施;?檢查降排水效果，要達(dá)到基坑表面無水、無彈簧土。

2.4 土料選擇與儲備

用于拌制水泥土的土料應(yīng)就近選擇均質(zhì)素土，無腐殖質(zhì)、雜質(zhì)、凍土，同時，含水率要適宜。本工程從河口20m 外的河岸上，在清除表層雜填土、腐殖質(zhì)土后進(jìn)行開挖，開挖深度約30cm，開挖土方量略大于將要施工的施工段體積。

土料開挖要掌握好時機。開挖的時機與土壤的天然含水量有關(guān)，如果地下水位較高，或降雨過后，要盡早開挖，以留出土料晾曬時間，如果土壤的天然含水量適宜，則可推遲開挖。

土料開挖完成后，遠(yuǎn)離基坑邊緣堆置。為了減小堆置高度，同時，為了方便拌制水泥土，土料要分幾堆堆置。土料堆要用防雨布覆蓋，以防降雨浸泡土料，同時，也為了防止水分蒸發(fā)。如土料含水量偏大，要翻開晾曬，如含水量較小，要翻開灑水。總之，土料在水泥拌和前要保證含水率達(dá)到最佳程度。

土料含水率可用手握土團(tuán)的方法進(jìn)行判斷，如果土握在手中能夠成團(tuán)，用手指輕捏即碎，即施工中常講的“手握成團(tuán)、落地開花”，則說明土壤含水率達(dá)到最佳狀態(tài)，可用于拌制水泥土。

2.5 驗槽

在基面無水、基坑無彈簧土的情況下，且用于拌制水泥土的土料含水率已達(dá)到最佳狀態(tài)時，施工方挖除表面保護(hù)層，報請監(jiān)理進(jìn)行初步驗槽。對于受擾動而出現(xiàn)的彈簧土，監(jiān)理初驗前應(yīng)將其挖除干凈。基槽經(jīng)監(jiān)理初驗合格后，由監(jiān)理報請業(yè)主，組織設(shè)計、勘察、監(jiān)理等單位組成聯(lián)合小組進(jìn)行正式驗槽，經(jīng)驗槽合格后方可進(jìn)行水泥土施工。

3 施工過程

3.1 土料含水率控制

正式施工前，要現(xiàn)場實測用于拌制水泥土的土料含水率。根據(jù)實踐，素土的含水率控制在水泥土最優(yōu)含水率的0～+2.5%左右，壓實度容易達(dá)到設(shè)計要求。如果現(xiàn)場實測的土料含水率與水泥土的最優(yōu)含水率相差較大，監(jiān)理應(yīng)叫停該土料用于拌制水泥土。本工程水泥土的最優(yōu)含水率為15.9%，經(jīng)現(xiàn)場實測土料含水率，均在16.0%～17.5%之間，與“手握成團(tuán)、落地開花”的經(jīng)驗判斷法相差不大。

3.2 水泥土拌制

中小型水利工程，由于施工面的局限性，無法像公路工程那樣采用框格法控制素土鋪設(shè)量、用路拌機拌制水泥土。本工程水泥土拌制機械采用斗容為1m3的挖掘機，在基坑上專用平臺拌制。拌制前，用稱重法稱出挖掘機一平斗素土重量，作為初步控制水泥用量的標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，按濕土重量的8%摻入水泥。

水泥土拌制前，拌制場地應(yīng)整平、清表、碾壓，保證場地?zé)o雜土、雜質(zhì)混入水泥土中。拌和遍數(shù)為3 遍，基本可以拌勻。在拌制的過程中，需有專人撿取土中的少部分土塊及雜物。

3.3 水泥劑量檢測

水泥土拌好后，在監(jiān)理見證下，從中隨機選取土樣，送有資質(zhì)的檢測中心檢測水泥劑量。經(jīng)檢測，本工程泵閘室8% 水泥土各層的水泥劑量均在8.5%～8.9%之間，符合設(shè)計要求。

3.4 鋪土、壓實

鋪土厚度與壓實方式有關(guān)。本工程泵閘室段平面尺寸為35.6m×11.5m，施工面狹窄，無法采用大型碾壓機械碾壓。經(jīng)分析比較，本工程壓實機具采用電動平板沖擊夯。平板沖擊夯在一定的鋪土厚度之內(nèi)，沖擊力可以穿透土層，且因其自身重量較輕、沖擊力不大，在下層水泥土已凝結(jié)的情況下，仍可繼續(xù)施工上層水泥土，而不會破壞下層已凝結(jié)的水泥土結(jié)構(gòu)，這點已經(jīng)在施工過程中得到驗證。本工程所用的平板沖擊夯參數(shù)為:電壓380V、功率2.2kW、轉(zhuǎn)數(shù)2800 轉(zhuǎn)/min，沖擊次數(shù)420～625 次/min、跳躍高度40～65mm、沖擊力10kN、行進(jìn)速度10～13m/min。

本工程鋪土厚度采用25cm，經(jīng)現(xiàn)場開挖觀測，平板沖擊夯的沖擊力能夠穿透本施工層。同時，在已凝結(jié)的水泥土層上繼續(xù)施工時，在同樣的鋪土厚度下，經(jīng)現(xiàn)場挖取下層已凝結(jié)的水泥土，其結(jié)構(gòu)沒有因上層施工而破壞。

夯實過程中，需在現(xiàn)場進(jìn)行壓實度檢測，從而控制夯實的遍數(shù)，判斷夯實的效果。經(jīng)檢測，本工程使用平板沖擊夯夯擊6～8 遍，壓實度能夠達(dá)到97.0%，從而符合設(shè)計要求。在施工過程中，要嚴(yán)格控制夯擊遍數(shù)，以防壓實度不夠，同時，也要避免過夯，使已壓實的土體破壞。

在鋪土與壓實過程中，監(jiān)理要重點控制壓實度與夯擊時間，既要保證水泥土每層壓實度都能達(dá)到設(shè)計要求，又要控制每層水泥土的施工時間必須在初凝前完成。控制壓實度，重點是要控制土料含水率、鋪土厚度與壓實遍數(shù);控制夯擊時間，重點是控制壓實機具數(shù)量，同時還需留有備用數(shù)量，以防施工機具出現(xiàn)故障時替換。本工程共投入7臺平板沖擊夯，其中5臺投入使用，兩臺備用，每層施工時間約200min，而本工程使用的P.O42.5 水泥初凝時間為184min，水泥土的初凝時間約在240min 以上，從而保證了每層水泥土在初凝前完成。

3.5 施工段之間的搭接

中小型水利工程水泥土地基處理一般是分塊分段進(jìn)行。為了保證基礎(chǔ)的整體性，先施工段與后施工段之間要進(jìn)行有效的搭接。本工程泵閘室段為最先施工段，在與上游消力池段及下游消力池段交接處每側(cè)均多施工100cm，在后施工段施工時，將搭接處做成臺階狀，并對搭接處進(jìn)行夯實，從而保證了地基的整體性。

3.6 養(yǎng)護(hù)與防護(hù)

本工程水泥土地基處理于3月底～4月初進(jìn)行，氣溫約在5～20℃之間，日平均氣溫約在10～15℃之間，氣溫不冷不熱，施工僅在夜間停頓，夜間未進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，但如氣溫較低，應(yīng)加強覆蓋保溫，防止霜凍破壞土體結(jié)構(gòu);如氣溫較高，且施工間隔時間較長，應(yīng)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

水泥土施工期間及強度未完全達(dá)到設(shè)計值時，基坑外圍的降水措施不能撤除，以防地下水浸泡水泥土;每層水泥土施工停頓時，要用防雨布對完成后的水泥土進(jìn)行及時覆蓋，以防降雨浸泡。

4 結(jié) 語

中小型水利工程水泥土地基處理的壓實機具應(yīng)推廣使用電動平板沖擊夯，鋪土厚度為25cm。用此種施工方法，層與層之間可以停頓，施工組織要求不高，施工更加靈活。

影響水泥土質(zhì)量的因素很多，但監(jiān)理要重點控制土壤含水率、水泥劑量、鋪土厚度、壓實機具、壓實遍數(shù)、每層施工時間、壓實度等，特別是每層的施工時間，施工單位容易忽視，更應(yīng)進(jìn)行重點控制，以確保在初凝前完成。

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