砂石换填在水利工程软土地基加固施工中的应用

王婷婷

摘 要：随着我国城市化进程的加快以及建筑事业的发展，水利工程建设规模越来越大。在水利工程项目中，经常会在软地土施工中遇到各种难题，一旦施工不当，这些承载力弱的软土地基将给水利工程施工带来巨大的安全隐患。如何化解这一难题成为施工人员需要关注的课题。文章对砂石换填在水利工程软土地基加固施工中的应用进行了探讨，以期对相关从业人员有所借鉴。

关键词：砂石换填；水利工程；软土地基；材料

中图分类号：TV223 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）03-0038-02

水利工程是一个综合性很高的建设工程，涉及到建设方案、地形地貌、地基建设和施工技术等诸多方面，其中地基工程是建设项目的重要环节。在水利工程施工中经常遇到各种软土地基，给施工增加了难度。所谓软体地基，是指由泥炭、粘性土、松软土、砂质土以及有机质土等软土构成的地基，由于含有多种土质，不同土质之间的物理性能差别较大，特别是强度、密度、硬度上有较大差别，导致在施工过程中，地基受力不同，容易发生坍塌问题；而且软土地基中含有大量的水分，土质透水性差，大量水分难以排出；另外，软体地基土质比较松软、强度低、沉降快，随着水利工程项目的进行，工程总体质量不断增加，软土地基坍塌的可能性就越高，容易引发滑坡和倒塌事件，直接影响到工程的质量以及安全性能。因此，需要我们在水利工程软土地基施工时，采取科学的施工方法来提高软土地基的稳定性，确保水利工程施工的顺利进行。

1 砂石换填施工的技术特点

换填法是处理软土地基的常见方法，顾名思义，就是将地基下面一定深度的软土层挖掉，根据工程质量等级要求，换上强度高、性能稳定、承载力强的材料，然后用人工或者机械碾压的方法对软土层进行分层碾压和夯实，使之达到工程的地基设计要求。换填法处理软土地基的范围很广，常见的换填材料主要有砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料，其中砂石换填应用时间最早、应用范围最广泛，也是技术工艺最成熟的换填工艺，特别适用于中小型建筑工程的塘、沟等的局部处理，以及非饱和的软弱土地基处理，但对于地下水位较高且流速快的地基处理不适用。总体而言，砂石换填对软土地基处理的作用主要有以下几点。

1.1 可以提高地基层的承载力，满足工程施工的需要

从工程力学看，随着承载力的增大，地基基底的压力由地面边角向纵深发展，形成建筑的沉降。砂石换填处理后，软弱土被砂石垫层所替代，地基承载力大大提高。

1.2 减少沉降量

从工程实践来看，地基浅层的沉降是最严重的，占建筑物总体沉降的比例较大，用砂石层替代软土层后，可以大大减少这部分的沉降。

1.3 加速地基的排水

软土层透水性差，积水进入软土层破坏地基土的塑性，破坏承载力。砂石层替代软土层后，由于砂石材料空隙大，可以大大削弱地基浅层空隙水压力，提高软土层的强度。

2 水利工程软土地基中的砂石换填处理施工

2.1 基坑土方开挖

砂石换填处理软土地基前要进行开挖，由于种种原因，经常出现施工工况与原设计产生偏离的情况，为了保证施工的安全进行，必须加强基坑工程的质量控制，基坑开挖会对基坑周围土地的应力场产生影响，从而导致地面沉降，给施工带来安全隐患，因此，为了保证基坑施工的安全性，施工人员要严格按照施工规范进行施工，施工开挖时最好采用全面开挖形式，开挖时四周都要放坡，遵循由上至下的开挖顺序，不得先切除坡脚，也不能在基坑周围进行堆土，否则会带来基坑周边荷载的变化，增加支护的土压力和滑动力矩。如果确实需要堆土或者行驶车辆，要对边坡稳定度进行重新计算，确定好合适的堆载指标。

一般来说，基坑开挖都是采用机械作业，不仅节省大量人力，也会产生很好的开挖效果。同时，要提高基坑支护结构强度和稳定性，以免出现边坡滑动出现塌方等事故；不能在基坑边坡的影响范围内进行打桩，如果非要进行动力打入的施工作业，尽量采用重锤低击和间隔跳打的方法，将对基坑边坡的破坏力降到最低；由于在软土地基中进行施工，软土层比较松散，在扩散角时要做好砌筑砖壁保护工作；开挖后要将底部清理干净，将浮土清除出来，基坑中的水分也要及时排出，以免积水造成土质层强度的降低，有时开挖施工中会遇到地下水涌出，这时应该先进行降水处理，然后进行下一步工序。基坑的底部可以预留200 mm的厚土层，回填时可以按照设计标高进行作业；基坑工作完成后，要及时进行砂石材料的填充，然后进行夯实处理，以免基坑长时间暴露在露天，受到雨水或日晒的侵蚀。

2.2 施工材料要求

在砂石填充之前，要将基坑的底部处理干净，清除杂物和积水，将底部整平。一般采用质地坚硬的石屑、粗砂、跞砂、圆砂、角砾、卵石、碎石等材料，不宜用强度不高的细砂和含泥及杂质较多的砂石料，材料中不得含有植物残体的杂质，否则会降低砂石材料的硬度。

材料中的含泥量也要控制在一定比例，通常为5%。这样才能保证基地填充物的渗透性。一般来说，设计人员在施工前都会对材料的粒径和比例进行详细说明，有时从河床中直接挖采的砂卵石可以直接进行施工，不需要进行处理；但有时为了满足施工设计的要求，对于一些含泥量大或者粒径偏小的施工材料要进行人工处理。

材料含泥量大的话，在填充前可以对砂石材料进行冲洗，洗掉材料上的淤泥和灰尘，然后与粗砂进行搅拌使用；由于砂石是由大小不一的颗粒组成，每个颗粒组占总量的比例成为颗粒级配，与砂石材料的承载力和压实度有很大的关系。越是粒径不均匀的砂卵石，其级配越好。

因此，如果材料粒径偏小的话，可以掺入一些大粒径的碎石，但砂石粒径最大不要超过50 mm，不然就会导致砂石之间的空隙过大，造成砂石垫层的不均匀压缩。砂的含水量接近饱和时最佳，含水量过低或砂浸泡于水中，垫层不易辗压密实。必要时可用适当宽度的混凝土实心砌块作挡土墙。

2.3 砂石回填及压实

砂石材料由多种材料组成，不仅碎石、粗砂、砂卵石等，还有灰土和素土等材料。为了增强砂石垫层的稳固性能，在回填时要按照严格的施工规范和要求，进行分级填充。

第一层为碎石和矿渣垫层，材料最好搅拌均匀，即可以增加基底的透水性，又增强了稳定性，为后续的工程施工打下了基础。

第二层为灰土和素土垫层，该垫层对于承担上层荷载、保证地基的受力平衡有着关键作用。

第三层是砂和砂垫层，该垫层材料粒径较大、透气性好，有利于淤泥土质的水分和气体排出，提高整个地基的承载力。

当然，在具体工程实践中，要根据设计的要求和施工现场的状况进行灵活施工。

在砂石回填施工中，每垫完一层都要进行压实，以保证压实厚度的均匀性、可靠性，为了保证压实的效果满足工程设计的要求，每层压实后都要检验压实的系数，一般而言，砂石垫层的压实系数在0.94～0.97比较适宜，当然，压实系数越高，垫层的承载力就越高，压实系数满足要求后才可以进行下一层的铺填。

完成压实后的垫层表面应平整密实、无坑洼、无隆起、无裂缝、无松散、无弹簧土现象、无明显轮迹。另外，对砂石垫层的厚度也有着明确的要求，详见表1。

2.4 砂石垫层施工质量检测

砂石垫层的施工质量检验必须分层进行，每铺一层砂石垫层，应按规范要求检查。

第一阶段为施工跟踪检测，主要进行含水量试验、含泥量试验、砂石比试验和填筑密度试验，目的是检测每一层填料的含泥量是否超标，砂石比是否合适，压实系数等是否满足设计要求。

第二阶段为质量验收检测，主要进行静载荷试验，测定垫层总沉降量及沉降量极差是否符合有关规定，垫层承载力是否达到设计要求。

3 结 语

总之，在水利工程施工管理中，地基工程施工是一项非常重要的工作，在采用砂石换填对水利工程软土地基进行处理时，应根据建筑物结构特点、荷载性质和地质条件进行综合分析，严格按国家有关规定进行换填材料选择，按照施工规范和设计要求，控制好砂石垫层的配合比、压实系数，满足基坑稳定性要求。同时，加强施工过程控制，这样才能使地基承载力得到较大的提高，充分发挥砂石换填加固在水利工程软土地基处理中的作用。

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