水泥土在土坝套井回填施工中的应用

曹旭明

摘要：水泥土作为兼具粘土与混凝土双重优点的新建材，在土坝套井回填中显示了巨大的应用价值。本文从水泥土的特点入手，给出了土坝套井水泥的研究方案以及研究结果，最后对于水泥土套井回填施工过程的几个要点给出了简要的论述。

关键词：水泥土；土坝套井回填；应用；研究

在1950-1970期间，我国投资建设了许多的水库或山塘，而其中的水库大坝多以土坝为主。但是经过几十年的侵蚀，另外由于当时的施工技术水平较低，使得大多数的工程出现了质量问题。特别是水库普遍存在的渗漏问题，严重的影响到了人民的生命财产安全。因此用水泥土作为建材的土坝套井回填防渗方案的到广泛应用，显示了巨大的优越性，同时还存在可改进之处。

1． 水泥土特点

水泥土的组成成分为水泥、土料和水。三种成分通过适当的配比可以达到很好的加固防渗效果。其作用原理可以解释为：三种成分经过搅拌、压实成型，在压实的过程中水泥会吸收周围的水分而自然的硬化。在此凝结的过程中坚硬的水泥在土粒中形成纤维结晶，增加了土的强度，在自身起到加固作用时也使得周围存在的原来土质也发生了变化。

水泥土的原料土有多种选择，但是在防渗问题严峻的水利工程一般选取抗渗能力强的黏土，而且要相应的提高灰、土比例，增强硬度，从而抵抗水流的冲击。

2.土坝套井水泥土研究

2.1实验方案

在水利工程中我们最为关心的是不同灰、土配比下的最大干密度、含水率指标，因此下面我们将通过对比试验，研究影响水泥土质量的关键因素。试验中保证不同配比的原料的压实度为96%，在标准的养护条件下经过不同的时间，最后测量各项指标，如最大干密度、最优含水率、渗透系数与弹性模量等。

本实验所用的黏土与水泥的物理化学及力学性质参数如下表1：

表1 黏土的物理化学参数表

表2黏土的力学性质参数表

3.水坝套井水泥土研究结果

（1）灰土比例与最大干密度的关系。经过对比试验发现，最大干密度与灰土比例有着较为简单的关系，即当灰土比例为1：1时，最大干密度为1.70g/cm3，随着土含量的增加最大干密度也随之降低。当比例达到1：5时，最大干密度降至1.63 g/cm3。

（2）灰土比例与最优含水量的关系。

图1 不同灰土比例与最优含水量的关系

由关系图可见，随着土含量的增加，最优含水率呈现整体的增长状态，但是在灰土比例为1：2至1：3之间，最优含水率持续保持在21.0%，即最优含水率的增长有一个停滞的阶段。

（3）渗透系数与灰土比例的关系。在不同的灰土比例下，随着水泥含量的增加，渗透系数逐渐减小并趋于一个值，如下图2：（最上面灰土配比为1：5，中间线配比为1：2，最下线为1：1）

图2渗透系数与配比关系及保养时间关系

（4）无侧线强度与配比关系。有实验得到的关系为:随着水泥含量的增加，无侧线强度整体呈现增加趋势，当灰土比例达到1：1时，无侧线强度在龄期为30天与90天时达到几乎相同的峰值。同时其它的配比也出现了类似的增长波动，只是不太明显。

（5）内摩擦角与配比及龄期的关系。有下图5可见，随着水泥含量的增加，内摩擦角也随之有不同速率的增长，并且存在增长极限。

图3不同的灰土比与内摩擦角的关系

（6）不同的灰土比例与凝聚力的关系。实验显示当灰土比例达到一定值时凝聚力并没有太大的差异，并且有图可见，在压实的前10天凝聚力有着明显的增长，然后进入缓慢的增长阶段，最大值基本保持于1700Kpa。

（7）弹性模量与灰土比例的关系。由实验数据显示，弹性模量与配比的关系有着很大的关系，基本上随着而且当比值达到1：1时弹性模量鞥加到最大值1700MPa。

经过以上的量化分析，我们得到以下几点重要的结论：灰土的比例一般控制在1：3～1：5，这样兼顾了工程质量与造价问题；同时灰土的搅拌过程一般不少于三分钟，并且为了搅拌的充分应该事先将土块压碎，控制含水量不超过10%；不同的灰土比例对照试验表明，最大干密度、无侧限强度以及弹性模量等参量随着水泥的含量增加而增大，但是对后期的渗透系数及内摩擦角无明显影响。

4. 土坝套井回填施工要点

上述研究结论为实际中的灰土配比提供了科学的依据，可以保证在达到建设要求的前提下尽量减少水泥的消耗量。但是在达到最佳灰土配比的前提下还要注意以下施工的细节，保证土坝套井回填工程保质保量。

4.1清理套井孔

土坝的套井回填施工对于钻孔有着明确的要求，必须保证钻孔的垂直度与清洁度。在施工过程中要将风化岩、弃土清理出去，保证回填土的衔接能力。当然井孔的深度要保证上部与坝体结合深度和下部深入风化岩深度均不少于半米。

4.2水泥土的搅拌

水泥土搅拌要求用机械进行，已达到混合均匀的目的。同时还要根据实际的需要选择不同的搅拌机，而且为避免减半中的土块出现应该将粘土晾晒，含水量控制在10%以内。严禁直接取用含水量较高的粘土，这样的土质易结块，不易控制加水量，导致水泥土质量难于控制。

同时要及时的测量黏土的含水量，以确定加水量，做到量化处理。如工程如采用水泥质量比粘土质量为1：4，则在水泥密度为2 g/cm3，黏土的干密度为1.6 g/cm3，最优含水量为18%的条件下，如果当天检测出的粘土含水量为12%，则50kg的袋装水泥经过理论的计算，应该掺入粘土和水分别为224kg、21kg。

4.3灰土的压实

夯实作为影响施工质量的重要环节，要科学的确定夯击参数。夯击参数的确定受到诸多因素的影响，包括水泥的型号、粘土土质、水泥与粘土比例等。

表3 水泥土夯实参数表

序号 工程名称 水泥型 号 黏土最大干密度（g/cm3） 水泥与土的质量比 锤重/kg 落锤高度/m 铺土厚度 最佳合理夯击数/次

1 A水库保安达标工程 红狮PO32.5 1.57 1：1 650 2 30 8

2 B水库除险加固工程 立马PO32.5 1.65 1：2 650 2 30 12

3 C水库除险加固工程 巨峰PO32.5 1.59 1：9 650 2.5 30 10

4 D水库保安达标工程 红狮PC32.5 1.65 1：4 650 3 30 12

由上表可见，不同原料组成所需要的最优夯击次数存在着较大的差异，不了解其中的科学关系往往不仅会费工费时，还降低了工程的质量。因此要根据具体的施工环境，科学的施工。

4.4质量检测

一般的质量检测采用偶数孔下井，取两侧的奇数孔壁的回填水泥土为样本。但是这样的抽取样本方式要求抽取时间在主井完工后的两天内进行，而水泥土的性质在此期间还有许多性质没有稳定，即使抽取到样本也无法正确的、全面的反映水泥土质量。

如果取而代之的采用取芯法，在工程完毕四周后进行地质钻机钻孔取芯，就可以得到较为完整，准确的水泥土参数。

5.结论

土坝的套井回填施工重在控制灰土的配比，过高浪费资金，过低达不到施工标准。因此要根据施工的具体环境、不同的工程要求，在理论的指导下科学配比。同时要注意施工过程严格按照施工的要求，注意搅拌、检测环节，保证回填土的衔接性能。当然，有关水泥土的应用研究正在进展，许多方法还没有得到最优解，这需要各施工单位在实践中不断的探索与总结，及时的交流经验，将水泥土在土坝套井的回填工程中的作用发挥到做大。

参考文献：

[1] 章伟明．套井回填防渗技术在小型水库除险加固中的应用[J]．广东水利电力职业技术学院学报，2006(6)：71—73 ．

[2] 袁絢．套井回填黏土防渗墙在东冲水库拦河坝坝体渗漏处理中的应用[J]．云南水力发电，2002(增刊)：67—85．

[3] 龚向荣，杨素君．土坝套井回填处理巾的水泥应用研究[J]．浙江水利科技， 2007(7)：57—61．

[4] 李梅华，王建伟．水工混凝土建筑物裂缝修补工艺探讨[J]．黄河水利职业技术学院学报，20O4，16(2)：19—24 ．

[5] 冯广志．灌区建筑物老化病害检测与评估[M].北京：中国水利水电出版社，20O4．

[6] 马希正．临海市牛头山水库混凝土防渗墙裂缝检测及处理[J]．浙江水利科技，2OO6(2)：65-66．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。