兴隆泄水闸水泥砂垫层施工技术浅谈

吴云飞，莫桂林，郭红亮

(1.中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066；



兴隆泄水闸水泥砂垫层施工技术浅谈

吴云飞1，莫桂林1，郭红亮2

(1.中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066；

2.长江勘测规划设计研究有限责任公司，武汉，430010)

兴隆枢纽泄水闸闸基为粉细砂，采用水泥土搅拌桩处理，在桩顶和闸室底板之间设置粉细砂与掺量6%的水泥拌合后的水泥砂作为褥垫层，厚度为30cm。水泥砂褥垫层作为技术创新，无现成施工经验可参照。通过现场一系列的工艺试验及施工工艺探索，最终确定水泥砂与混凝土共用一座拌和站集中拌制，采用ZW-10型附着式混凝土振捣器表面振捣5次。褥垫层施工完成后，经试验检测全部满足设计要求。

兴隆枢纽 水泥砂垫层 施工参数 施工方法 闸基处理

1 概述

兴隆水利枢纽位于汉江下游湖北省潜江、天门市境内，是南水北调中线汉江中下游四项治理工程之一，也是汉江梯级开发的最下一级。枢纽任务以灌溉和航运为主，兼顾发电，工程等别为I等，规模为大(Ⅰ)型，主要建筑物有泄水闸、船闸、电站厂房等。

泄水闸由56孔组成，单孔净宽14m，总净宽784m，采用两孔一联结构型式。中墩宽2.5m，两侧边墩宽1.75m，闸段总宽953m。两孔一联的闸室底板宽34m，顺流向长25m，底板高程29.5m，建基面高程27.0m，底板厚2.5m。泄水闸高17.7m。

泄水闸闸基为粉细砂，采用水泥土搅拌桩处理，桩径600mm，桩长12m，呈格栅状布置，格栅之间布置有调整地基均匀性的散桩，搅拌桩置换率约20%。搅拌桩桩顶施工高程为27m，桩顶设计高程26.6m，桩头40cm成桩质量差需挖除。在桩顶和闸室底板之间设置褥垫层，调整桩和土对荷载的分担比，以充分发挥桩间土的作用。褥垫层一般采用级配碎石、粗砂等粒性材料，但设计根据兴隆泄水闸的实际情况，采用粉细砂与水泥拌合后的水泥砂作为褥垫层(厚度为30cm，水泥重量比掺量为6%)，使之既要有一定硬度同时又降低其渗透系数。水泥砂垫层上为10cm厚C10混凝土垫层、闸底板。闸基加固处理详见图1所示。

图1 泄水闸闸基搅拌桩处理示意

2 本工程水泥沙垫层的性能

设计采用水泥砂作为褥垫层，主要是考虑到泄水闸基坑开挖料粉细砂品相较好，除局部粉细砂含泥量较大或含有淤泥质外，大部分粉细砂较为纯净，含泥量较少；粉细砂自身弹性模量相对较高，又为散粒体，采用水泥进行改性，可大幅提高材料弹性模量，降低渗透系数；充分利用泄水闸基坑开挖料，既可就地取材，又减少工程弃渣，能降低工程投资。但土力学中粗粒料与细粒料的区分粒径为0.1mm，恰在粉细砂主要粒径范围内，使其工程性质介于砂性土与粘性土之间，湿润状态的粉细砂有微粘性，具有特殊的工程性质。而水泥砂褥垫层作为技术创新，在水泥砂拌制、施工参数等方面无现成施工经验可参照，必须通过生产试验来摸索。

该工程水泥砂垫层的主要设计指标为：夯填度：≤0.87；水泥掺入比：6%(重量比)。

水泥砂垫层的最优含水量、摊铺方式和摊铺厚度、碾(夯)压方式、碾(夯)压遍数需通过试验确定。

3 水泥砂的拌制

3.1 拌合方式

泄水闸水泥砂垫层总量为7384m3，最大单仓填筑施工面积860m2，合258m3。若采用人工小规模的拌制方式，水泥掺量和加水量需由人工控制，拌合人为因素多，较难保证拌合的均匀性，质量控制难度大。同时，人工小规模拌制工效低，很难满足施工强度要求。为此，采用混凝土搅拌站中的HZ90-2F1500型拌和站集中拌制。为了避免水泥砂拌制对混凝土拌制的影响，水泥砂尽可能实行集中施工。

3.2 材料选择

水泥砂的构成材料主要有粉细砂、水泥和水，材料选择的关键是粉细砂。兴隆枢纽基坑开挖料主要为粉细砂，局部部位粉细砂含泥量较大，有些还夹有淤泥质土。因此，对粉细砂要进行必要的选择，选取的粉细砂要较纯净、含泥量少，不含结团结块、草根植被等有机杂物。水泥为本工程混凝土施工所用的“华新”牌P0.42.5普通硅酸盐水泥，拌合用水为混凝土拌和用水，直接从江中抽取。

3.3 拌和质量控制

水泥砂拌制的质量控制要点主要为配比和拌合均匀，主要采用以下方式进行控制。

3.3.1 配比控制。利用拌和站的称量系统，自动控制粉细砂、水泥和水的投放量。由于粉细砂中自然含水，为准确控制用水量，每班均应测定粉细砂的含水量，根据实际含水量，校正拌和系统的加水量。

3.3.2 拌合均匀度控制。粉细砂由于自身颗粒粒径很小，且有一定的含水，若按照拌合站常规的投料顺序，则水泥与粉细砂中的水结合成颗粒，使拌和后的水泥呈现明显颗粒状，显示拌合不够均匀。通过试验，调整拌合站投料顺序，即先将水泥与水搅拌成水泥浆，再加入粉细砂进行搅拌，同时适当延长搅拌时间，有效地解决了水泥土拌合不均匀的问题。

4 水泥砂施工参数试验

水泥沙在正式生产前进行了生产性试验，获取施工参数，以确保水泥砂指标满足设计要求。

前期已通过试验，确定水泥砂的最优含水率为12%，最大干密度为1.6g/cm3。施工参数试验时，按照设计水泥掺量6%配比拌制水泥砂，水泥砂松铺厚度35cm，生产性试验采用了重型和轻型两种设备进行碾压和振捣试验。重型设备为18t压路机，为避免实际施工条件下震动碾压对下部水泥土搅拌的不利影响，采用静压方式，碾压次数为3次、5次和7次。轻型设备为ZW-10型附着式混凝土振捣器，采用表面振捣方式，振捣次数3次、5次和7次。通过试验取得相关技术指标，选择确定了适用于本工程的施工参数。

在试验中发现，重型碾压设备不适应泄水闸底板复合地基的施工环境，容易出现陷车而无法正常碾压，因此采用ZW-10型附着式混凝土振捣器进行水泥砂振捣。

通过现场试验，按35cm松铺厚度进行5次表面振捣，水泥砂各项指标可以满足设计要求。水泥砂夯填试验成果见表1，相对密度试验成果见表2。因此，确定的施工参数为：采用ZW-10型附着式混凝土振捣器振捣水泥砂，振捣5次。

表1 附着式混弹簧土振岛器水泥砂夯填度试验成果

序号设备型号设备功率(kW)松铺厚度(cm)振捣遍数压实厚度(cm)夯填度1ZW-10型2235327507862ZW-10型223552607433ZW-10型22357250714

表2 水泥砂现场工艺试验相对密度成果

5 水泥砂主要施工方法

5.1 基面处理

基面应清理干净，无积水、杂物等，对于局部可能存在的坑洼处或受到扰动的桩间土，应按设计要求平整回填。根据设计图纸放样，确定水泥砂垫层填筑高程与范围，并按施工强度进行填筑分区，做好标识，基面经验收后进入下一道工序。 5.2 水泥砂的运输、铺料、平仓及碾压

5.2.1 水泥砂的运输方式

各闸室底板水泥砂垫层均用10t自卸汽车水平运输，采用长臂反铲进行垂直运输及铺料。

运输垫层料使用的车辆应相对固定，并经常保持车厢、轮胎的清洁，防止残留在车厢和轮胎上的泥土带入垫层料的料源及填筑区。

水泥砂料运输应与装料、卸料、铺填等工序持续和连贯进行，以免周转过多而导致含水量的过大变化。不合格的填筑料，一律不得用于填筑。

5.2.2 铺料方式

铺料由长臂反铲配合人工进行，铺料前应保持基面表面湿润状态，避免水泥砂含水量损失。设计要求水泥砂垫层厚度30cm，依据现场生产性试验能达到的夯填度换算，每层铺料厚度按41cm控制。铺料应均匀、平整，铺料厚度要严格控制，不得超过规定的数值。铺料宽度应大于2m。

5.2.3 水泥砂振捣填筑

采用ZW-10型附着式混凝土振捣器在表面进行捣实，捣实前要及时平料，力求铺料均匀、平整；捣实时应按特定的方向进行，捣实必须达到规定遍数，碾迹重迭宽度应不小于0.3m，接头处及边角部位应加强捣实，特别要防止欠振、漏振。

垫层在每个闸室的分段接头处做成斜坡，每层错开0.5m～1.0m长度，并加强振捣。后施工段施工前，应对先施工段预留的接头处进行必要的清理及修整，施工时加强振捣，使先填段与后填段连接紧密。

5.2.4 水泥砂的保护及养护

已铺筑好的垫层料，应及时保护及养护，严禁人车通行，同时应及时进行取样试验，对于不能满足技术要求的施工部位，应返工处理。有条件时，应尽快安排水泥砂上部的混凝土垫层施工，避免水泥砂长时间暴露而造成不必要的损害。

6 结语

采用上述施工方法，顺利完成了兴隆枢纽泄水闸段的水泥砂垫层施工。试验检测结果表明，各施工段水泥砂所有指标均能满足设计要求。该部位施工的顺利进行，为后续施工创造了有利条件。

〔1〕杨光煦著.堤坝及其施工关键技术研究与实践[M].北京：中国水利水电出版社，2000.

吴云飞(1981.1-)，广西昭平人，中国水利水电第五工程局有限公司兴隆水利枢纽项目经理部项目总工，工程师，主要从事水利水电工程施工技术管理工作。

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2095-1809(2015)03-0062-03