砂石換填在水利工程軟土地基加固施工中的應(yīng)用

王婷婷

摘 要：隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快以及建筑事業(yè)的發(fā)展，水利工程建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大。在水利工程項(xiàng)目中，經(jīng)常會(huì)在軟地土施工中遇到各種難題，一旦施工不當(dāng)，這些承載力弱的軟土地基將給水利工程施工帶來(lái)巨大的安全隱患。如何化解這一難題成為施工人員需要關(guān)注的課題。文章對(duì)砂石換填在水利工程軟土地基加固施工中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以期對(duì)相關(guān)從業(yè)人員有所借鑒。

關(guān)鍵詞：砂石換填；水利工程；軟土地基；材料

中圖分類(lèi)號(hào)：TV223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）03-0038-02

水利工程是一個(gè)綜合性很高的建設(shè)工程，涉及到建設(shè)方案、地形地貌、地基建設(shè)和施工技術(shù)等諸多方面，其中地基工程是建設(shè)項(xiàng)目的重要環(huán)節(jié)。在水利工程施工中經(jīng)常遇到各種軟土地基，給施工增加了難度。所謂軟體地基，是指由泥炭、粘性土、松軟土、砂質(zhì)土以及有機(jī)質(zhì)土等軟土構(gòu)成的地基，由于含有多種土質(zhì)，不同土質(zhì)之間的物理性能差別較大，特別是強(qiáng)度、密度、硬度上有較大差別，導(dǎo)致在施工過(guò)程中，地基受力不同，容易發(fā)生坍塌問(wèn)題；而且軟土地基中含有大量的水分，土質(zhì)透水性差，大量水分難以排出；另外，軟體地基土質(zhì)比較松軟、強(qiáng)度低、沉降快，隨著水利工程項(xiàng)目的進(jìn)行，工程總體質(zhì)量不斷增加，軟土地基坍塌的可能性就越高，容易引發(fā)滑坡和倒塌事件，直接影響到工程的質(zhì)量以及安全性能。因此，需要我們?cè)谒こ誊浲恋鼗┕r(shí)，采取科學(xué)的施工方法來(lái)提高軟土地基的穩(wěn)定性，確保水利工程施工的順利進(jìn)行。

1 砂石換填施工的技術(shù)特點(diǎn)

換填法是處理軟土地基的常見(jiàn)方法，顧名思義，就是將地基下面一定深度的軟土層挖掉，根據(jù)工程質(zhì)量等級(jí)要求，換上強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定、承載力強(qiáng)的材料，然后用人工或者機(jī)械碾壓的方法對(duì)軟土層進(jìn)行分層碾壓和夯實(shí)，使之達(dá)到工程的地基設(shè)計(jì)要求。換填法處理軟土地基的范圍很廣，常見(jiàn)的換填材料主要有砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、礦渣等材料，其中砂石換填應(yīng)用時(shí)間最早、應(yīng)用范圍最廣泛，也是技術(shù)工藝最成熟的換填工藝，特別適用于中小型建筑工程的塘、溝等的局部處理，以及非飽和的軟弱土地基處理，但對(duì)于地下水位較高且流速快的地基處理不適用?？傮w而言，砂石換填對(duì)軟土地基處理的作用主要有以下幾點(diǎn)。

1.1 可以提高地基層的承載力，滿足工程施工的需要

從工程力學(xué)看，隨著承載力的增大，地基基底的壓力由地面邊角向縱深發(fā)展，形成建筑的沉降。砂石換填處理后，軟弱土被砂石墊層所替代，地基承載力大大提高。

1.2 減少沉降量

從工程實(shí)踐來(lái)看，地基淺層的沉降是最嚴(yán)重的，占建筑物總體沉降的比例較大，用砂石層替代軟土層后，可以大大減少這部分的沉降。

1.3 加速地基的排水

軟土層透水性差，積水進(jìn)入軟土層破壞地基土的塑性，破壞承載力。砂石層替代軟土層后，由于砂石材料空隙大，可以大大削弱地基淺層空隙水壓力，提高軟土層的強(qiáng)度。

2 水利工程軟土地基中的砂石換填處理施工

2.1 基坑土方開(kāi)挖

砂石換填處理軟土地基前要進(jìn)行開(kāi)挖，由于種種原因，經(jīng)常出現(xiàn)施工工況與原設(shè)計(jì)產(chǎn)生偏離的情況，為了保證施工的安全進(jìn)行，必須加強(qiáng)基坑工程的質(zhì)量控制，基坑開(kāi)挖會(huì)對(duì)基坑周?chē)恋氐膽?yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致地面沉降，給施工帶來(lái)安全隱患，因此，為了保證基坑施工的安全性，施工人員要嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行施工，施工開(kāi)挖時(shí)最好采用全面開(kāi)挖形式，開(kāi)挖時(shí)四周都要放坡，遵循由上至下的開(kāi)挖順序，不得先切除坡腳，也不能在基坑周?chē)M(jìn)行堆土，否則會(huì)帶來(lái)基坑周邊荷載的變化，增加支護(hù)的土壓力和滑動(dòng)力矩。如果確實(shí)需要堆土或者行駛車(chē)輛，要對(duì)邊坡穩(wěn)定度進(jìn)行重新計(jì)算，確定好合適的堆載指標(biāo)。

一般來(lái)說(shuō)，基坑開(kāi)挖都是采用機(jī)械作業(yè)，不僅節(jié)省大量人力，也會(huì)產(chǎn)生很好的開(kāi)挖效果。同時(shí)，要提高基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以免出現(xiàn)邊坡滑動(dòng)出現(xiàn)塌方等事故；不能在基坑邊坡的影響范圍內(nèi)進(jìn)行打樁，如果非要進(jìn)行動(dòng)力打入的施工作業(yè)，盡量采用重錘低擊和間隔跳打的方法，將對(duì)基坑邊坡的破壞力降到最低；由于在軟土地基中進(jìn)行施工，軟土層比較松散，在擴(kuò)散角時(shí)要做好砌筑磚壁保護(hù)工作；開(kāi)挖后要將底部清理干凈，將浮土清除出來(lái)，基坑中的水分也要及時(shí)排出，以免積水造成土質(zhì)層強(qiáng)度的降低，有時(shí)開(kāi)挖施工中會(huì)遇到地下水涌出，這時(shí)應(yīng)該先進(jìn)行降水處理，然后進(jìn)行下一步工序。基坑的底部可以預(yù)留200 mm的厚土層，回填時(shí)可以按照設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行作業(yè)；基坑工作完成后，要及時(shí)進(jìn)行砂石材料的填充，然后進(jìn)行夯實(shí)處理，以免基坑長(zhǎng)時(shí)間暴露在露天，受到雨水或日曬的侵蝕。

2.2 施工材料要求

在砂石填充之前，要將基坑的底部處理干凈，清除雜物和積水，將底部整平。一般采用質(zhì)地堅(jiān)硬的石屑、粗砂、躒砂、圓砂、角礫、卵石、碎石等材料，不宜用強(qiáng)度不高的細(xì)砂和含泥及雜質(zhì)較多的砂石料，材料中不得含有植物殘?bào)w的雜質(zhì)，否則會(huì)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，通常為5%。這樣才能保證基地填充物的滲透性。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員在施工前都會(huì)對(duì)材料的粒徑和比例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，有時(shí)從河床中直接挖采的砂卵石可以直接進(jìn)行施工，不需要進(jìn)行處理；但有時(shí)為了滿足施工設(shè)計(jì)的要求，對(duì)于一些含泥量大或者粒徑偏小的施工材料要進(jìn)行人工處理。

材料含泥量大的話，在填充前可以對(duì)砂石材料進(jìn)行沖洗，洗掉材料上的淤泥和灰塵，然后與粗砂進(jìn)行攪拌使用；由于砂石是由大小不一的顆粒組成，每個(gè)顆粒組占總量的比例成為顆粒級(jí)配，與砂石材料的承載力和壓實(shí)度有很大的關(guān)系。越是粒徑不均勻的砂卵石，其級(jí)配越好。

因此，如果材料粒徑偏小的話，可以摻入一些大粒徑的碎石，但砂石粒徑最大不要超過(guò)50 mm，不然就會(huì)導(dǎo)致砂石之間的空隙過(guò)大，造成砂石墊層的不均勻壓縮。砂的含水量接近飽和時(shí)最佳，含水量過(guò)低或砂浸泡于水中，墊層不易輾壓密實(shí)。必要時(shí)可用適當(dāng)寬度的混凝土實(shí)心砌塊作擋土墻。

2.3 砂石回填及壓實(shí)

砂石材料由多種材料組成，不僅碎石、粗砂、砂卵石等，還有灰土和素土等材料。為了增強(qiáng)砂石墊層的穩(wěn)固性能，在回填時(shí)要按照嚴(yán)格的施工規(guī)范和要求，進(jìn)行分級(jí)填充。

第一層為碎石和礦渣墊層，材料最好攪拌均勻，即可以增加基底的透水性，又增強(qiáng)了穩(wěn)定性，為后續(xù)的工程施工打下了基礎(chǔ)。

第二層為灰土和素土墊層，該墊層對(duì)于承擔(dān)上層荷載、保證地基的受力平衡有著關(guān)鍵作用。

第三層是砂和砂墊層，該墊層材料粒徑較大、透氣性好，有利于淤泥土質(zhì)的水分和氣體排出，提高整個(gè)地基的承載力。

當(dāng)然，在具體工程實(shí)踐中，要根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和施工現(xiàn)場(chǎng)的狀況進(jìn)行靈活施工。

在砂石回填施工中，每墊完一層都要進(jìn)行壓實(shí)，以保證壓實(shí)厚度的均勻性、可靠性，為了保證壓實(shí)的效果滿足工程設(shè)計(jì)的要求，每層壓實(shí)后都要檢驗(yàn)壓實(shí)的系數(shù)，一般而言，砂石墊層的壓實(shí)系數(shù)在0.94～0.97比較適宜，當(dāng)然，壓實(shí)系數(shù)越高，墊層的承載力就越高，壓實(shí)系數(shù)滿足要求后才可以進(jìn)行下一層的鋪填。

完成壓實(shí)后的墊層表面應(yīng)平整密實(shí)、無(wú)坑洼、無(wú)隆起、無(wú)裂縫、無(wú)松散、無(wú)彈簧土現(xiàn)象、無(wú)明顯輪跡。另外，對(duì)砂石墊層的厚度也有著明確的要求，詳見(jiàn)表1。

2.4 砂石墊層施工質(zhì)量檢測(cè)

砂石墊層的施工質(zhì)量檢驗(yàn)必須分層進(jìn)行，每鋪一層砂石墊層，應(yīng)按規(guī)范要求檢查。

第一階段為施工跟蹤檢測(cè)，主要進(jìn)行含水量試驗(yàn)、含泥量試驗(yàn)、砂石比試驗(yàn)和填筑密度試驗(yàn)，目的是檢測(cè)每一層填料的含泥量是否超標(biāo)，砂石比是否合適，壓實(shí)系數(shù)等是否滿足設(shè)計(jì)要求。

第二階段為質(zhì)量驗(yàn)收檢測(cè)，主要進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，測(cè)定墊層總沉降量及沉降量極差是否符合有關(guān)規(guī)定，墊層承載力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

總之，在水利工程施工管理中，地基工程施工是一項(xiàng)非常重要的工作，在采用砂石換填對(duì)水利工程軟土地基進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載性質(zhì)和地質(zhì)條件進(jìn)行綜合分析，嚴(yán)格按國(guó)家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行換填材料選擇，按照施工規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，控制好砂石墊層的配合比、壓實(shí)系數(shù)，滿足基坑穩(wěn)定性要求。同時(shí)，加強(qiáng)施工過(guò)程控制，這樣才能使地基承載力得到較大的提高，充分發(fā)揮砂石換填加固在水利工程軟土地基處理中的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李援華.軟土地基處理施工技術(shù)[J].山西建筑，2009，（34）.

[2] 柴克慶，戚英.軟土地基處理技術(shù)研究[J].科技致富向?qū)В?010，（29）.

[3] 李彰明.軟土地基加固的理論、設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006

[4] 蘇建林.公路工程施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2005.

[5] 牛志榮.地基處理技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2004.