中小型水利工程水泥土地基处理施工方法及监理控制

陈加志

(宿迁市水利工程建设监理咨询有限公司 223800)

魏晓祥

(沭阳县水务局 223600)

范以宇

(宿迁江淮水利集团公司 沭阳 223600)

水泥土是通过在素土中拌入一定比例的水泥，使水泥和土充分拌和并进行压实，水泥和土中的水分发生充分反应，在压实成形后，水泥开始凝结产生强度，从而达到提高地基强度的目的。近年来，水泥土虽得到广泛的研究和应用，但对于施工和监理，至今没有统一的操作规程。目前，发表的相关文章，也大都是针对公路路基中的水泥土处理。公路路基具有开阔的施工面，而中小型水利工程的施工面局限性较大，两者水泥土地基处理在施工方法及监理控制上有诸多不同。笔者通过在苏州宿迁工业园区防汛泵闸工程中的实践，介绍中小型水利工程水泥土地基处理的施工方法及监理控制要点。

1 工程概况

苏州宿迁工业园区是江苏省委、省政府实施“区域共同发展”、“加快苏北工业化”、“实现宿迁更大突破”等一系列重大战略决策的重要举措，是苏州宿迁两市紧密合作共建的新型工业园区，位于宿迁市区西。

为提升苏州宿迁工业园区的防洪排涝能力，2012年4月，在园区的东西南北四个角，分别开始兴建为民河北闸站、为民河南闸站、利民河闸站和民便河东闸。2012年8月，主体工程完工，其中:为民河北闸站设计了水泥土地基处理方案。为民河北闸站位于宿迁市为民河与清水河交界处商住区的东北角，兼有防洪、补蓄水、排涝功能，共7 孔，其中:6 孔为泵室、1 孔为闸室。该闸站有上游联接段、上游消力池段、泵闸室段、下游消力池段、下游联接段，其中:上游联接段平面尺寸为60m×15m、上游消力池段平面尺寸为35.6m×10m、泵闸室段平面尺寸为35.6m×11.5m、下游消力池段平面尺寸为35.6m×8.5m、下游连接段平面尺寸为60m×15m。泵闸室段及下游消力池段地基设计采用8%水泥土处理，其他段设计采用6%水泥土处理，压实度设计均为97%。

2 施工准备

2.1 试验检测

用于本工程的水泥、土料在监理见证下，送有资质的检测中心进行检测，检测项目有:

a.水泥原材检测。本工程使用的P.O42.5 水泥，经检测合格，初凝时间为184min，终凝时间229min，监理同意此批水泥在本项目中使用。

b.水泥剂量标准曲线试验，测出在一定水泥剂量下EDTA的平均耗量，为复核拌和后水泥土的水泥剂量提供依据。

c.水泥土击实试验，测出水泥土最优含水率与最大干密度，为压实度检测提供依据。经检测，本工程8%水泥土的最优含水率为15.9%，最大干密度为1.762g/cm3。

2.2 施工段划分

中小型水利工程水泥土地基处理，因其各段设计的水泥剂量不一致，以及施工过程中的其他多诸多因素，一般不能一次性进行全部施工，而是分段施工。水泥土处理施工段一般与底板施工段相一致，以配合上部结构的施工。

2.3 基坑降排水

根据地质勘察报告，本工程水泥土基面以下20m范围内均为粉质黏土，有一定的透水性，但其透水性不强，比砂土差。经分析，在泵闸室基坑周围使用轻型井点法降水。通过轻型井点法降水，截住基坑外围来水，抽排基坑内地下水，地下水位不再上升。

由于基底土质为粉质黏土，透水性不强，仅靠轻型井点降水，速度较慢。本工程在使用轻型井点降水的同时，辅以明排措施，即沿基坑外围开挖排水沟，排水沟底部比基坑表面深70～100cm;在基坑中间开挖纵横排水龙沟，龙沟底部比基坑表面深约30cm;在排水沟的两个角开挖集水坑。基坑内部的水通过龙沟排入基坑外围的排水沟，再汇入到集水坑，然后用潜水泵统一抽排。

基坑降排水时，监理重点控制环节为:ⓐ根据土质，审批施工单位的降排水措施;ⓑ检查降排水效果，要达到基坑表面无水、无弹簧土。

2.4 土料选择与储备

用于拌制水泥土的土料应就近选择均质素土，无腐殖质、杂质、冻土，同时，含水率要适宜。本工程从河口20m 外的河岸上，在清除表层杂填土、腐殖质土后进行开挖，开挖深度约30cm，开挖土方量略大于将要施工的施工段体积。

土料开挖要掌握好时机。开挖的时机与土壤的天然含水量有关，如果地下水位较高，或降雨过后，要尽早开挖，以留出土料晾晒时间，如果土壤的天然含水量适宜，则可推迟开挖。

土料开挖完成后，远离基坑边缘堆置。为了减小堆置高度，同时，为了方便拌制水泥土，土料要分几堆堆置。土料堆要用防雨布覆盖，以防降雨浸泡土料，同时，也为了防止水分蒸发。如土料含水量偏大，要翻开晾晒，如含水量较小，要翻开洒水。总之，土料在水泥拌和前要保证含水率达到最佳程度。

土料含水率可用手握土团的方法进行判断，如果土握在手中能够成团，用手指轻捏即碎，即施工中常讲的“手握成团、落地开花”，则说明土壤含水率达到最佳状态，可用于拌制水泥土。

2.5 验槽

在基面无水、基坑无弹簧土的情况下，且用于拌制水泥土的土料含水率已达到最佳状态时，施工方挖除表面保护层，报请监理进行初步验槽。对于受扰动而出现的弹簧土，监理初验前应将其挖除干净。基槽经监理初验合格后，由监理报请业主，组织设计、勘察、监理等单位组成联合小组进行正式验槽，经验槽合格后方可进行水泥土施工。

3 施工过程

3.1 土料含水率控制

正式施工前，要现场实测用于拌制水泥土的土料含水率。根据实践，素土的含水率控制在水泥土最优含水率的0～+2.5%左右，压实度容易达到设计要求。如果现场实测的土料含水率与水泥土的最优含水率相差较大，监理应叫停该土料用于拌制水泥土。本工程水泥土的最优含水率为15.9%，经现场实测土料含水率，均在16.0%～17.5%之间，与“手握成团、落地开花”的经验判断法相差不大。

3.2 水泥土拌制

中小型水利工程，由于施工面的局限性，无法像公路工程那样采用框格法控制素土铺设量、用路拌机拌制水泥土。本工程水泥土拌制机械采用斗容为1m3的挖掘机，在基坑上专用平台拌制。拌制前，用称重法称出挖掘机一平斗素土重量，作为初步控制水泥用量的标准，在此基础上，按湿土重量的8%掺入水泥。

水泥土拌制前，拌制场地应整平、清表、碾压，保证场地无杂土、杂质混入水泥土中。拌和遍数为3 遍，基本可以拌匀。在拌制的过程中，需有专人捡取土中的少部分土块及杂物。

3.3 水泥剂量检测

水泥土拌好后，在监理见证下，从中随机选取土样，送有资质的检测中心检测水泥剂量。经检测，本工程泵闸室8% 水泥土各层的水泥剂量均在8.5%～8.9%之间，符合设计要求。

3.4 铺土、压实

铺土厚度与压实方式有关。本工程泵闸室段平面尺寸为35.6m×11.5m，施工面狭窄，无法采用大型碾压机械碾压。经分析比较，本工程压实机具采用电动平板冲击夯。平板冲击夯在一定的铺土厚度之内，冲击力可以穿透土层，且因其自身重量较轻、冲击力不大，在下层水泥土已凝结的情况下，仍可继续施工上层水泥土，而不会破坏下层已凝结的水泥土结构，这点已经在施工过程中得到验证。本工程所用的平板冲击夯参数为:电压380V、功率2.2kW、转数2800 转/min，冲击次数420～625 次/min、跳跃高度40～65mm、冲击力10kN、行进速度10～13m/min。

本工程铺土厚度采用25cm，经现场开挖观测，平板冲击夯的冲击力能够穿透本施工层。同时，在已凝结的水泥土层上继续施工时，在同样的铺土厚度下，经现场挖取下层已凝结的水泥土，其结构没有因上层施工而破坏。

夯实过程中，需在现场进行压实度检测，从而控制夯实的遍数，判断夯实的效果。经检测，本工程使用平板冲击夯夯击6～8 遍，压实度能够达到97.0%，从而符合设计要求。在施工过程中，要严格控制夯击遍数，以防压实度不够，同时，也要避免过夯，使已压实的土体破坏。

在铺土与压实过程中，监理要重点控制压实度与夯击时间，既要保证水泥土每层压实度都能达到设计要求，又要控制每层水泥土的施工时间必须在初凝前完成。控制压实度，重点是要控制土料含水率、铺土厚度与压实遍数;控制夯击时间，重点是控制压实机具数量，同时还需留有备用数量，以防施工机具出现故障时替换。本工程共投入7台平板冲击夯，其中5台投入使用，两台备用，每层施工时间约200min，而本工程使用的P.O42.5 水泥初凝时间为184min，水泥土的初凝时间约在240min 以上，从而保证了每层水泥土在初凝前完成。

3.5 施工段之间的搭接

中小型水利工程水泥土地基处理一般是分块分段进行。为了保证基础的整体性，先施工段与后施工段之间要进行有效的搭接。本工程泵闸室段为最先施工段，在与上游消力池段及下游消力池段交接处每侧均多施工100cm，在后施工段施工时，将搭接处做成台阶状，并对搭接处进行夯实，从而保证了地基的整体性。

3.6 养护与防护

本工程水泥土地基处理于3月底～4月初进行，气温约在5～20℃之间，日平均气温约在10～15℃之间，气温不冷不热，施工仅在夜间停顿，夜间未进行养护，但如气温较低，应加强覆盖保温，防止霜冻破坏土体结构;如气温较高，且施工间隔时间较长，应进行洒水养护。

水泥土施工期间及强度未完全达到设计值时，基坑外围的降水措施不能撤除，以防地下水浸泡水泥土;每层水泥土施工停顿时，要用防雨布对完成后的水泥土进行及时覆盖，以防降雨浸泡。

4 结 语

中小型水利工程水泥土地基处理的压实机具应推广使用电动平板冲击夯，铺土厚度为25cm。用此种施工方法，层与层之间可以停顿，施工组织要求不高，施工更加灵活。

影响水泥土质量的因素很多，但监理要重点控制土壤含水率、水泥剂量、铺土厚度、压实机具、压实遍数、每层施工时间、压实度等，特别是每层的施工时间，施工单位容易忽视，更应进行重点控制，以确保在初凝前完成。

1 王朋，王维涛.浅谈水泥改良土施工工艺［J］.企业开发(下半月)，2009(7).

2 刘倩.西宁防洪工程水泥土回填加固地基施工方法及质量控制［J］.农业科技与信息，2011(6).

3 陈强，王辉，张伟彬.浅谈黄土地区水泥土施工工艺的运用［J］.中国房地产业，2011(4).