水泥砂在蒙阴县橡胶坝地基处理中的应用

王晨龙，张丽萍，张家鑫

（山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276006）

蒙阴县东汶河第一橡胶坝除险加固工程主要建设内容为：拆除重建橡胶坝，配套建设管理运行设施。蒙阴县第一橡胶坝共4孔，单孔净宽76m，坝底板顶高程180.27m，坝底板垫层下地基处理为1.2m厚沙层翻压和0.9m厚水泥砂换填。处理后的坝底板地基承载力特征值不小于160kN，相对密度≥0.8。

1 材料特性及工艺试验

1.1 水泥砂混合料的成份与特性

该工程水泥砂换填位于坝室底板下部高程178.17～179.27m处。水泥砂以砂料为主，水泥掺量占总质量的10%，使用路拌机均匀拌合后压实养护而成，是一种有特殊性能的地基处理建筑材料。当砂子与混凝土拌制胶结后，基本上改善了砂的特性，而且水泥掺量越大，与混凝土特性也更接近，相当于使用较低标号的水泥，且橡胶坝在河床中施工，砂料易就地取材，施工简单易行。

1.2 现场工艺性试验

在橡胶坝铺盖上游40m处选定试验区域，试验区总长60m，铺土厚度选定为30cm、40cm、50cm。每个分区分别在碾压遍数为2、4、6遍时取点做含水率、相对密度检测，每次取点3个。然后根据现场检查和实验的结论，并综合考虑效率和经济等多种原因，选定22t振动碾。散砂料松铺30cm，采用混凝土撒布机布料47.3kg/m2，用路拌机拌合后再用振动碾碾压5遍的建设工法，又称为水泥砂碾压施工法。经过试验，该方法满足施工标准及设计要求，可作为指导施工现场水泥砂换填施工的重要依据。

2 水泥沙的质量控制措施

2.1 沙料的选择

橡胶坝的基础换填料物必须选用符合持力层地基承载力特征值的料物，通过经济性比选，择优采用现场坝底板建基面下部的砂料，可以就地取材，节省施工成本，并有减少局部应力过大的功能，可以降低下卧基础的应力，进而降低基础的沉降。

2.2 最大干密度及最优含水率的确定

水泥砂拌合后的强度变化线呈抛物线形，项目部通过第三方质量检测中心的多次击实试验后确定了最大干密度及含水率。

2.3 水泥沙的施工工艺

1）施工前的准备工作。由于地基的各项指标会直接影响底基层的平整度、标高、厚度、相对密度等设计指标，在底基层施工前，对地基平整度、标高等进行检测，保证满足规范及设计技术要求。如地基有坑洼应及时进行平整夯实，如遇到弹簧土，应开挖至弹簧土以下50cm处，重新换填级配砂石并压实，以免水泥砂混合料基层被过早破坏。

2）测量放样。采用GPS定位找出橡胶坝坝底板和铺盖交汇边线，沿边线向外50cm砸入木桩，预留好换填的超压范围，然后用钢尺根据木桩位置量取结构的边界位置，做好标记，然后用水准仪进行基层高程测量，并用推土机整平。

3）水泥砂混合料的运输、摊铺、拌和、碾压。水泥砂混合料在铺盖段进行拌和，靠近坝底板较近的水泥砂混合料由挖掘机翻到底板上，由推土机整平。离坝底板较远的上游处水泥砂混合料，使用挖掘机开挖装车，自卸车运输至施工区域，装载机配合卸料。

物料拌和均匀并摊铺、整平完成后，及时对全宽范围进行碾压，前两次碾压采用静压，其后均为振动碾压，碾压的方向与垂直水流中心线平行。由上游开始至下游碾压，依次连续均匀碾压。碾压时振动碾轮轮迹要重叠1/3轮宽，碾压次数控制在2～3次。振动压实后再静压光面，直到表面平整，无轮迹或隆起。碾压过程中，水泥砂混合料基层保持湿润，若水份蒸发及时补洒适量的水。若有松散、起皮等现象，及时挖除翻松重新碾压。振动碾在已完成或正在施工的路段上严禁调头和急刹车，不得长期在刚压过的底基层上停留。对压实机械不能作业的部位，采用人工打夯夯实。采用流水施工作业，每一层水泥砂养护达到要求后，再进行下一层物料埔填。

3 施工中的质量控制要点

3.1 铺料厚度

在施工过程中用GPS测量获取高程的同时，在消力池段架设水准仪，采用“一测一复”的方式对铺料厚度进行测量。在上料过程中采用现场检查的方式检测铺土厚度，持塔尺的技术人员顺水流方向行走，保证每3m2至少检验一个点次，持GPS接收机的技术人员沿着垂直于水流方向进行校核。每一层检测680点次，其中铺料厚度在30～35cm外的点次控制在68次以内，铺料厚度在25～30cm内的点次控制在612次以上，保证合格率在90%以上。

3.2 物料翻晒

1）在4个翻晒区段的基础上再增加2个翻晒区段，加大翻晒区段面积，由原来的铺盖段延伸至上游格宾网抛石段，并延长每个区段晒料时间，做好流水施工作业。

2）实时检测砂料含水量，达到9%～13%时，及时通知施工班组进行后续施工作业。

3.3 布料机械

采用水泥撒布机代替装载机，精确控制布料厚度和布料量。行车电脑精准控制每平方米水泥掺量，专人监控水泥撒布遍数和撒布机行走速度，确保每层水泥重量达到47.3kg/m2。

4 技术及经济效果比较

通过工程实践证明，10%水泥砂换填地基处理的方法具有就地取材方便、施工速度快、造价经济合理、容易掌握和应用等特点。

与水泥土相比在相同水泥掺量的情况下，回填砂有很好的稳定性，不下沉、不变型、收缩小，更容易达到设计承载力的要求。而回填土会随着时间的推移下沉、收缩，且受季节影响较大。回填土层与层之间结合必须经过“刨毛”处理，施工速度慢，土料含水量过大时经过振动碾碾压后会形成“橡皮土”。

但是，砂料的密度大于土料，由于水泥掺量是质量比，所以水泥砂换填水泥掺量较大，虽承载力较强但成本较高。就水泥砂换填本身而言，底板开挖的沙层翻晒到铺盖段，回填时再用挖掘机翻到底板段，减少了自卸车倒运，便于施工过程中的土方平衡，有利于降低工程造价。

5 结语

水泥砂基础处理的方法对橡胶坝这种施工距离很长且单体较大的水利工程是比较实用而有效的，而且发展前景巨大。水泥砂换填适用于大规模机械化施工，操作简便，相对于其它地基处理方式不仅经济效益更好，还节约施工时间，能够加快施工进度，降低人工成本，有较强的推广应用意义。