水泥土在土壩套井回填施工中的應用

曹旭明

摘要：水泥土作為兼具粘土與混凝土雙重優點的新建材，在土壩套井回填中顯示了巨大的應用價值。本文從水泥土的特點入手，給出了土壩套井水泥的研究方案以及研究結果，最后對于水泥土套井回填施工過程的幾個要點給出了簡要的論述。

關鍵詞：水泥土；土壩套井回填；應用；研究

在1950-1970期間，我國投資建設了許多的水庫或山塘，而其中的水庫大壩多以土壩為主。但是經過幾十年的侵蝕，另外由于當時的施工技術水平較低，使得大多數的工程出現了質量問題。特別是水庫普遍存在的滲漏問題，嚴重的影響到了人民的生命財產安全。因此用水泥土作為建材的土壩套井回填防滲方案的到廣泛應用，顯示了巨大的優越性，同時還存在可改進之處。

1． 水泥土特點

水泥土的組成成分為水泥、土料和水。三種成分通過適當的配比可以達到很好的加固防滲效果。其作用原理可以解釋為：三種成分經過攪拌、壓實成型，在壓實的過程中水泥會吸收周圍的水分而自然的硬化。在此凝結的過程中堅硬的水泥在土粒中形成纖維結晶，增加了土的強度，在自身起到加固作用時也使得周圍存在的原來土質也發生了變化。

水泥土的原料土有多種選擇，但是在防滲問題嚴峻的水利工程一般選取抗滲能力強的黏土，而且要相應的提高灰、土比例，增強硬度，從而抵抗水流的沖擊。

2.土壩套井水泥土研究

2.1實驗方案

在水利工程中我們最為關心的是不同灰、土配比下的最大干密度、含水率指標，因此下面我們將通過對比試驗，研究影響水泥土質量的關鍵因素。試驗中保證不同配比的原料的壓實度為96%，在標準的養護條件下經過不同的時間，最后測量各項指標，如最大干密度、最優含水率、滲透系數與彈性模量等。

本實驗所用的黏土與水泥的物理化學及力學性質參數如下表1：

表1 黏土的物理化學參數表

表2黏土的力學性質參數表

3.水壩套井水泥土研究結果

（1）灰土比例與最大干密度的關系。經過對比試驗發現，最大干密度與灰土比例有著較為簡單的關系，即當灰土比例為1：1時，最大干密度為1.70g/cm3，隨著土含量的增加最大干密度也隨之降低。當比例達到1：5時，最大干密度降至1.63 g/cm3。

（2）灰土比例與最優含水量的關系。

圖1 不同灰土比例與最優含水量的關系

由關系圖可見，隨著土含量的增加，最優含水率呈現整體的增長狀態，但是在灰土比例為1：2至1：3之間，最優含水率持續保持在21.0%，即最優含水率的增長有一個停滯的階段。

（3）滲透系數與灰土比例的關系。在不同的灰土比例下，隨著水泥含量的增加，滲透系數逐漸減小并趨于一個值，如下圖2：（最上面灰土配比為1：5，中間線配比為1：2，最下線為1：1）

圖2滲透系數與配比關系及保養時間關系

（4）無側線強度與配比關系。有實驗得到的關系為:隨著水泥含量的增加，無側線強度整體呈現增加趨勢，當灰土比例達到1：1時，無側線強度在齡期為30天與90天時達到幾乎相同的峰值。同時其它的配比也出現了類似的增長波動，只是不太明顯。

（5）內摩擦角與配比及齡期的關系。有下圖5可見，隨著水泥含量的增加，內摩擦角也隨之有不同速率的增長，并且存在增長極限。

圖3不同的灰土比與內摩擦角的關系

（6）不同的灰土比例與凝聚力的關系。實驗顯示當灰土比例達到一定值時凝聚力并沒有太大的差異，并且有圖可見，在壓實的前10天凝聚力有著明顯的增長，然后進入緩慢的增長階段，最大值基本保持于1700Kpa。

（7）彈性模量與灰土比例的關系。由實驗數據顯示，彈性模量與配比的關系有著很大的關系，基本上隨著而且當比值達到1：1時彈性模量鞥加到最大值1700MPa。

經過以上的量化分析，我們得到以下幾點重要的結論：灰土的比例一般控制在1：3～1：5，這樣兼顧了工程質量與造價問題；同時灰土的攪拌過程一般不少于三分鐘，并且為了攪拌的充分應該事先將土塊壓碎，控制含水量不超過10%；不同的灰土比例對照試驗表明，最大干密度、無側限強度以及彈性模量等參量隨著水泥的含量增加而增大，但是對后期的滲透系數及內摩擦角無明顯影響。

4. 土壩套井回填施工要點

上述研究結論為實際中的灰土配比提供了科學的依據，可以保證在達到建設要求的前提下盡量減少水泥的消耗量。但是在達到最佳灰土配比的前提下還要注意以下施工的細節，保證土壩套井回填工程保質保量。

4.1清理套井孔

土壩的套井回填施工對于鉆孔有著明確的要求，必須保證鉆孔的垂直度與清潔度。在施工過程中要將風化巖、棄土清理出去，保證回填土的銜接能力。當然井孔的深度要保證上部與壩體結合深度和下部深入風化巖深度均不少于半米。

4.2水泥土的攪拌

水泥土攪拌要求用機械進行，已達到混合均勻的目的。同時還要根據實際的需要選擇不同的攪拌機，而且為避免減半中的土塊出現應該將粘土晾曬，含水量控制在10%以內。嚴禁直接取用含水量較高的粘土，這樣的土質易結塊，不易控制加水量，導致水泥土質量難于控制。

同時要及時的測量黏土的含水量，以確定加水量，做到量化處理。如工程如采用水泥質量比粘土質量為1：4，則在水泥密度為2 g/cm3，黏土的干密度為1.6 g/cm3，最優含水量為18%的條件下，如果當天檢測出的粘土含水量為12%，則50kg的袋裝水泥經過理論的計算，應該摻入粘土和水分別為224kg、21kg。

4.3灰土的壓實

夯實作為影響施工質量的重要環節，要科學的確定夯擊參數。夯擊參數的確定受到諸多因素的影響，包括水泥的型號、粘土土質、水泥與粘土比例等。

表3 水泥土夯實參數表

序號 工程名稱 水泥型 號 黏土最大干密度（g/cm3） 水泥與土的質量比 錘重/kg 落錘高度/m 鋪土厚度 最佳合理夯擊數/次

1 A水庫保安達標工程 紅獅PO32.5 1.57 1：1 650 2 30 8

2 B水庫除險加固工程 立馬PO32.5 1.65 1：2 650 2 30 12

3 C水庫除險加固工程 巨峰PO32.5 1.59 1：9 650 2.5 30 10

4 D水庫保安達標工程 紅獅PC32.5 1.65 1：4 650 3 30 12

由上表可見，不同原料組成所需要的最優夯擊次數存在著較大的差異，不了解其中的科學關系往往不僅會費工費時，還降低了工程的質量。因此要根據具體的施工環境，科學的施工。

4.4質量檢測

一般的質量檢測采用偶數孔下井，取兩側的奇數孔壁的回填水泥土為樣本。但是這樣的抽取樣本方式要求抽取時間在主井完工后的兩天內進行，而水泥土的性質在此期間還有許多性質沒有穩定，即使抽取到樣本也無法正確的、全面的反映水泥土質量。

如果取而代之的采用取芯法，在工程完畢四周后進行地質鉆機鉆孔取芯，就可以得到較為完整，準確的水泥土參數。

5.結論

土壩的套井回填施工重在控制灰土的配比，過高浪費資金，過低達不到施工標準。因此要根據施工的具體環境、不同的工程要求，在理論的指導下科學配比。同時要注意施工過程嚴格按照施工的要求，注意攪拌、檢測環節，保證回填土的銜接性能。當然，有關水泥土的應用研究正在進展，許多方法還沒有得到最優解，這需要各施工單位在實踐中不斷的探索與總結，及時的交流經驗，將水泥土在土壩套井的回填工程中的作用發揮到做大。

參考文獻：

[1] 章偉明．套井回填防滲技術在小型水庫除險加固中的應用[J]．廣東水利電力職業技術學院學報，2006(6)：71—73 ．

[2] 袁絢．套井回填黏土防滲墻在東沖水庫攔河壩壩體滲漏處理中的應用[J]．云南水力發電，2002(增刊)：67—85．

[3] 龔向榮，楊素君．土壩套井回填處理巾的水泥應用研究[J]．浙江水利科技， 2007(7)：57—61．

[4] 李梅華，王建偉．水工混凝土建筑物裂縫修補工藝探討[J]．黃河水利職業技術學院學報，20O4，16(2)：19—24 ．

[5] 馮廣志．灌區建筑物老化病害檢測與評估[M].北京：中國水利水電出版社，20O4．

[6] 馬希正．臨海市牛頭山水庫混凝土防滲墻裂縫檢測及處理[J]．浙江水利科技，2OO6(2)：65-66．

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。