吳文奇 （碭山縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，安徽 宿州 235300）

1 工程項(xiàng)目及地質(zhì)概況

宿州市碭山縣2017年小型農(nóng)田水利改造提升項(xiàng)目中心溝閘位于中心溝的下游黃河的右岸，水文地質(zhì)為全新統(tǒng)（Q4），本統(tǒng)地層為沖積-洪積層，表面為黃河泛濫的沖積帶，以亞砂土所覆蓋，在垂向上以亞砂、亞粘、粘土互層，形成了復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，其沾積厚度一般為44～45m，少致為 56.27～63.58m，北層中常夾有1～3層黃色、灰黃色粉砂，單層厚度1.5～10m，屬河流沖積。該閘座落在粉砂地基上，考慮到地基變形和砂基的滲透，設(shè)計(jì)要求用水泥土（水泥含量12%，水泥標(biāo)號po42.5）將其置換。水泥土置換層總厚度為1.5m，壓實(shí)度不小于0.94，7天強(qiáng)度大于 0.8MPa。水泥土拌和均勻后，水泥中的礦物與土中的水分發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣和含水鐵酸鈣等化合物。這些新生成的化合物在水中和空氣中慢慢硬化，增大了水泥土的強(qiáng)度，而且由于其結(jié)構(gòu)致密，增大了水泥土的抗?jié)B性能。

由于同期堤外廢黃河水位及周邊地下水位較高，又遇下雪天氣，因此降水工作較為艱巨[1]。施工降水以深井降水為主，在閘室段安排兩眼降水井，上下游連接段各布置一眼降水井。地下水位控制在41.3m高程。水泥土置換工作于2017年12月下旬開始施工，夯實(shí)設(shè)備為蛙式打夯機(jī)及履帶式壓路機(jī)。

水泥土回填坑坐落在粉砂土層，其中 0.25～0.075mm 顆粒含量在 80%左右，松散稍密，抗液化性較差。地基中伴有多層不規(guī)則淤泥夾層，不利于施工排水。由于水閘位于中心溝的下游及廢黃河的灘地上，水位相對較高，上游進(jìn)水段基坑有一定的補(bǔ)給來水，加上土層中的多層不規(guī)則淤泥薄層的影響，使地基土層中含水量較大，一經(jīng)擾動很易液化。具體表現(xiàn)為基土表面無自由水，但用腳在同一點(diǎn)用力踩數(shù)十下表面有水印，砂土呈液化狀。

2 施工過程與關(guān)鍵技術(shù)

施工前，施工人員放出換填位置的邊線，控制點(diǎn)每3m設(shè)置一道，現(xiàn)場打1m×1m的石灰方格網(wǎng)線，在控制樁位上標(biāo)注素土松鋪厚度的標(biāo)記，虛鋪厚度30cm。水泥采用po42.5袋裝水泥，土料為現(xiàn)場開挖土方，根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)，最優(yōu)含水量為17.26%，含水率控制在16%～20%范圍內(nèi)。水泥用量采用公式為：

式中：Q——拌和時(shí)的水泥用量（kg）

V——鋪土壓實(shí)后的體積(m3)

1.8——水泥土最大干密度(1.8g/cm3)

水泥所用袋數(shù)：N=Q/50。

2.1 水泥攤鋪

按照放好的石灰方格網(wǎng)線，計(jì)算每個(gè)方格的水泥用量，水泥利用機(jī)動翻斗車直接到攤鋪段，卸載到做好標(biāo)記的地點(diǎn)，并檢查有無遺漏和過多的水泥，水泥采用人工鋪設(shè)，均勻攤鋪在方格內(nèi)，從而確保水泥含量的準(zhǔn)確。

2.2 拌和

采用灰土拌和機(jī)進(jìn)行干拌施工，拌和時(shí)用專人檢查拌和的深度和均勻度，保證拌和均勻，色澤一致，沒有灰條、灰團(tuán)和花面[2]。拌和過程中要控制好混合料的含水量，含水量稍大于最優(yōu)含水量。

2.3 碾壓

考慮到第一層水泥土輾壓時(shí)對地基的影響，為避免擾動地基，設(shè)計(jì)單位提出第一層土適當(dāng)壓實(shí)，干密度不作具體要求，因此鋪墊第一層土后，選用履帶式拖拉機(jī)輾壓三遍。下游段由于地下水控制較好，施工進(jìn)展順利。當(dāng)輾壓至上游段時(shí)，由于地基中存有自由水，砂土極易液化。輾壓后整個(gè)水泥土層此起彼伏。

在經(jīng)現(xiàn)場的觀察分析中發(fā)現(xiàn)，輾壓擾動后，水泥土層下被液化了砂土的演變可分為三個(gè)階段。第一階段為液化期，砂土經(jīng)擾動后與其中的水及部分氣相一起組成具有較高流動性的液化流砂。此時(shí)，若將水泥土層挖開，可以看到砂土中含水量較大，但無自由水析出，適當(dāng)施加壓力后能將流砂擠出，導(dǎo)致地基顆粒流失。第二階段為固結(jié)排水期，液化了的砂土在擾動停止后（約十余分鐘），由于流砂中砂粒的密度較大，在自重的作用下砂粒沉積并致密（固結(jié)），使多余的自由水析出到上層，砂水分離，水能從水泥土層的縫隙中冒上來。第三階段為短暫的穩(wěn)定期，由于較多的自由水析出后，在土層的透水性并不太好（粉砂且有淤泥夾層的阻水作用），水份補(bǔ)給暫時(shí)不足的情況下，固結(jié)了的砂土具有較好的強(qiáng)度并較之先前不易再度液化，此時(shí)基土較為穩(wěn)定，但保持時(shí)間不長。

在弄清其規(guī)律后，采取相應(yīng)的針對性措施，使上游段水泥土回填工作得以繼續(xù)進(jìn)行。首先是適當(dāng)提高履帶式拖拉機(jī)的輾壓速度，以減輕對地基的擾動，減緩砂基的液化，一旦發(fā)現(xiàn)有液化的跡象時(shí)，立即停止輾壓，并且防止繼續(xù)擾動，人員不在其上走動，拖拉機(jī)遠(yuǎn)離該區(qū)域，待地基穩(wěn)定后如法炮制，如此反復(fù)。單一的方法有一定的效果，但耗時(shí)較長，進(jìn)度緩慢。但是，在輾壓時(shí)還會不可避免地產(chǎn)生地基的液化，待其液化現(xiàn)象發(fā)展到一定的程度，再停止輾壓，靜置一段時(shí)間，固結(jié)、排水、穩(wěn)定，待發(fā)現(xiàn)有冒水處即可挖開水泥土層，排盡土層下的析出水后立即復(fù)土輾壓。由于此時(shí)砂基比較穩(wěn)定，輾壓較為奏效，且效果較好。

3 施工過程的質(zhì)量控制

在整個(gè)換填施工中，對一些影響質(zhì)量的技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了充分的注意。一是對于機(jī)械沒有碾壓到的部位采取人工夯實(shí)和蛙式夯實(shí)相結(jié)合；二是每層填土碾壓完成后，必須經(jīng)檢測合格后方可進(jìn)入下一道工序；三是拌和整型后水泥土必須在水泥初凝前碾壓完成。

該水泥土換填工程在不利的條件下，經(jīng)過深入的研究，采取了適當(dāng)?shù)拇胧┖箜樌赝瓿闪巳蝿?wù)。從該工程的施工實(shí)踐看，在粉砂地基上進(jìn)行填土碾壓，控制地下水是關(guān)鍵。如果地下水能低于基坑面層0.5m以上（如下游段），對碾壓擾動進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲鼗遣灰妆灰夯腫3]。上游段，由于其情況特殊，地基中水含量較為豐富，因此在輾壓時(shí)極易液化。在進(jìn)行上述針對性措施后，施工進(jìn)展亦較為順利，水泥土回填取得了較好的效果，經(jīng)測試上游段第一層填土的壓實(shí)度普遍在0.93以上，許多測點(diǎn)達(dá)到0.94的設(shè)計(jì)要求值，為整個(gè)水泥土置換工程的實(shí)施鋪平了道路。

在整個(gè)碾壓及處理過程中，要注意防止基土砂粒的流失。首先砂基的液化要適度，不能過度碾壓，否則流砂會從其它薄弱的地方，如基坑周邊冒出來，引起地基土粒流失；其次是在基土液化初期不能盲目挖開水泥土層進(jìn)行排水，水泥土層起包上鼓看似有水，由于此時(shí)水砂尚未分離，挖開后流砂冒出，使地基砂粒流失，在最后的排水過程中，也要注意排水不排砂，防止砂隨水一起排走。在較好掌握其要點(diǎn)后，第一層水泥土的回填較為理想，在輾壓第二層時(shí)仍出現(xiàn)了局部基土擾動的問題，只是液化程度相應(yīng)較輕范圍較小，作小范圍的挖開排水就解決了問題。

4 結(jié)語

水泥土換填地基廣泛用于軟弱地基處理和砂性土地基，采用水泥土置換法能夠有效的提高基礎(chǔ)的承載力，減少建筑物的沉降量。本文主要介紹砂性地基上水泥土換填的施工方法，為類似工程提供借鑒和參考。中心溝閘完成后，對邊墩及中墩進(jìn)行了沉降觀測，均符合設(shè)計(jì)要求。2018年蓄水后，水閘運(yùn)行穩(wěn)定，閘基沒有出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。