水泥换填土在三河鲍邱河治理工程中的应用

孟 博 张 明 张志华 霍志久

(1.沧州市供水排水集团有限公司，河北 沧州 061000； 2.河北省水利科学研究院，河北 石家庄 050051)

F′=σ水

hi=Hi-h土i

〗hi

A水

F=σ水×A水



水泥换填土在三河鲍邱河治理工程中的应用

孟 博1张 明2张志华2霍志久2

(1.沧州市供水排水集团有限公司，河北 沧州 061000； 2.河北省水利科学研究院，河北 石家庄 050051)

对三河市鲍邱河治理工程罗村闸闸室、扶壁挡墙等结构地基采用的水泥土换填施工工艺进行了阐述，并通过推导出的压实水泥土密实度与压实水泥土强度之间的基本方程验证了不同养护龄期的水泥土压实度和强度试验数据的准确性，为以后类似的施工提供了理论和技术支撑。

水泥土换填，地基承载力，压实度，无侧限抗压强度

1 概述

1.1 工程概况

工程所在地三河市位于河北省廊坊市北部偏东，罗村排沥涵闸位于三河、大厂交界的小罗村南，鲍邱河与引泃入潮的交汇处。罗村排沥涵闸分为上游护砌段、进口渐变段、涵闸闸室段、出口渐变消能段和海漫防冲槽段五部分，为使河道与涵闸衔接，设上游连接段、上游护堤段、下游疏浚段与顶冲防护段。其中闸室段为3联7孔，涵洞段长20.0 m，边墩及缝墩厚0.8 m，中墩厚0.9 m，顶底板分别厚0.7 m和0.9 m。

1.2 基础处理设计

1)方案选择。

罗村排沥涵闸闸室及左右两侧挡墙基础换填部分为软基部分，厚度为2.0 m左右。采用水泥土换填宜就地取材，节约成本，并且性能稳定、压缩性低。

2)水泥土介绍。

水泥和土按一定的比例，经拌合至均匀后，水泥中的矿物与土中的水分发生水化、水解反应生成新的化合物。新的生成物在水和空气的接触中逐渐硬化，提高了水泥土的强度。与此同时，通过充分反应结合后的水泥土，其内部结构也将更加致密，也大大提高了水泥的抗渗能力。

1.3 设计指标及注意事项

1)设计指标。罗村排沥涵闸水泥土换填要求水泥的等级为32.5的普通硅酸盐水泥，要求和土拌合均匀，压实度不小于0.92，承载力不小于180 kPa，水泥土配合比宜为2∶8。

2)注意事项。a.水泥土的配比应严格按照不小于2∶8的比例。b.严格控制水泥土中土的含水率，在最优含水率允许的±2%的范围内。c.拌合时路拌机要拌合到底，拌合均匀，不得有素土夹层。d.施工温度较低时，应采取保温措施，防止土体结构破坏。e.从摊铺水泥到碾压完成，应严格控制时间，在最佳条件下抓紧碾压，一次性压实完成。f.水泥土换填的过程中，严格控制每层的填筑厚度及层面高程。

2 实验原理

水泥土经压实后的密实度为：

(1)

其中，α为压实后的压实度；mmax为干密度最大状态下单位体积的水泥土的质量；m为压实度为α时单位体积的水泥土的质量。

水泥土压实后的无侧限抗压强度公式为：

(2)

其中，A为试件的受力面积；σ为无侧限抗压强度值；P为所承受的最大压力值。

假设经压实到干密度最大状态的水泥土的体积是Vmax。在同质量的情况下，存在下列关系：

(3)

密实度为α的试件的无侧限抗压强度：

(4)

当压实度最大时：

hi=Hi-h土i

(5)

当密实度为α时：

(6)

取压实度最大时单位质量为1的正六面体微单元，可知：

(7)

(8)

即：

(9)

(10)

在最为密实状态和压实度为α时的两种压实水泥土相同位置截面正六面体微单元的水泥石连杆截面面积之和为：

(11)

(12)

F=σ水×A水

(13)

压实度最大时，水泥土的微单元应力为：

(14)

(15)

通过上述公式可得:

(16)

式(3)和式(16)可以变为:

(17)

其中，σ′为压实度为α时的无侧限抗压强度。

3 实例应用

3.1 试验方法及结果

试验用廊坊三河罗村闸的普通壤土为试验土样，通过击实试验得到其最大干密度为1.77 g/cm3，最优含水率为12.5%。试验配的水泥土最优含水率平均值为11.3%。

表1 7 d，28 d的无侧限抗压强度

由表1可知：当水泥土经碾压养护7 d时，压实度从0.89增长到0.98，水泥土的无侧限抗压强度增长近1.9倍；当水泥土经碾压养护28 d时，压实度从0.83增长到0.98，水泥土无侧限抗压强度增长近2.8倍。从而可知：压实度对水泥土强度存在较大影响，养护7 d～28 d的过程中，强度随着压实度的增大而迅速增大。

3.2 公式验证

将28 d无侧限抗压强度数值代入式(18)得到联立方程组：

(18)

联立方程得到解如表2所示。

表2 压实度—强度公式参数表

将表2中的ζ求平均值得到：ζ平=31.288 83，σ平=6.036 67。

将ζ平值代入式(17)得：

(19)

将7 d无侧限抗压强度数据代入式(19)，得到表3。

表3 压实度最大状态σ值

把各个压实度最大状态的σ值代入式(19)可得4组值，和实测值进行比较，可得两种值之间的平均相对误差和相关系数。

表4 不同密实度下的压实水泥土强度模拟值

由表3，表4，图1可知，两种数值几乎重合，相关性较好，可以说明式(17)是完全合适的。综上，通过建立微观模型和基本假设，推导出来的压实度和水泥土强度关系的公式具有一定的有效性。

4 结语

在三河鲍邱河治理工程中，罗村闸基础用水泥土换填的质量关键在于控制好水泥土的强度。以上论证了水泥土强度和压实度的关系。故而控制好现场水泥土的压实度至关重要。我们采取的是层层报验，自检和抽检相结合的方法。很好的控制了现场水泥土的碾压质量，同时也大大的提高了施工进度，节约了施工成本。

[1]赵 程,申向东,贾尚华,等.密实度对压实水泥土强度的影响.岩土工程学报,2013,35(S1):360-365.

[2]刘成刚,唐新平.水泥土换填在沙颍河治理工程侯沟涵中的应用.科技推广与应用,2012(11):29-30.

[3]杨河祥,李友奎,耿强生.水泥土强度特性试验研究.山西建筑,2007,33(28):185-186.

[4]韩福涛,钟恒昌,丁 宁.碾压水泥土换填法在水工建筑物地基处理中的应用.科技推广与应用,2009(1):29-30.

Application of cement soil replacing in Sanhe Baoqiuhe control engineering

Meng Bo1Zhang Ming2Zhang Zhihua2Huo Zhijiu2

(1.CangzhouWaterSupply&DrainGroupCo.,Ltd,Cangzhou061000,China；2.HebeiProvincialAcademyofWaterResources,Shijiazhuang050051,China)

In this paper, the Sanhe Baoqiuhe regulation project Luo village gate lock chamber, counterfort retaining wall structure of cement-soil replacement is used for the foundation construction process are expounded. By the compaction cement-soil compactness and compacted cement-soil strength between the basic equation to verify the different curing age of cement-soil compaction degree and intensity of the accuracy of the test data. For the similar construction provides a theoretical and technical support.

cement soil replacement, foundation bearing capacity, the degree of compaction, unconfined compressive strength

1009-6825(2015)21-0204-02

2015-05-15

孟 博(1987- )，女，助理工程师； 张 明(1987- )，男，助理工程师

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