水泥換填土在三河鮑邱河治理工程中的應用

孟 博 張 明 張志華 霍志久

(1.滄州市供水排水集團有限公司，河北 滄州 061000； 2.河北省水利科學研究院，河北 石家莊 050051)

F′=σ水

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A水

F=σ水×A水

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水泥換填土在三河鮑邱河治理工程中的應用

孟 博1張 明2張志華2霍志久2

(1.滄州市供水排水集團有限公司，河北 滄州 061000； 2.河北省水利科學研究院，河北 石家莊 050051)

對三河市鮑邱河治理工程羅村閘閘室、扶壁擋墻等結構地基采用的水泥土換填施工工藝進行了闡述，并通過推導出的壓實水泥土密實度與壓實水泥土強度之間的基本方程驗證了不同養護齡期的水泥土壓實度和強度試驗數據的準確性，為以后類似的施工提供了理論和技術支撐。

水泥土換填，地基承載力，壓實度，無側限抗壓強度

1 概述

1.1 工程概況

工程所在地三河市位于河北省廊坊市北部偏東，羅村排瀝涵閘位于三河、大廠交界的小羅村南，鮑邱河與引泃入潮的交匯處。羅村排瀝涵閘分為上游護砌段、進口漸變段、涵閘閘室段、出口漸變消能段和海漫防沖槽段五部分，為使河道與涵閘銜接，設上游連接段、上游護堤段、下游疏浚段與頂沖防護段。其中閘室段為3聯7孔，涵洞段長20.0 m，邊墩及縫墩厚0.8 m，中墩厚0.9 m，頂底板分別厚0.7 m和0.9 m。

1.2 基礎處理設計

1)方案選擇。

羅村排瀝涵閘閘室及左右兩側擋墻基礎換填部分為軟基部分，厚度為2.0 m左右。采用水泥土換填宜就地取材，節約成本，并且性能穩定、壓縮性低。

2)水泥土介紹。

水泥和土按一定的比例，經拌合至均勻后，水泥中的礦物與土中的水分發生水化、水解反應生成新的化合物。新的生成物在水和空氣的接觸中逐漸硬化，提高了水泥土的強度。與此同時，通過充分反應結合后的水泥土，其內部結構也將更加致密，也大大提高了水泥的抗滲能力。

1.3 設計指標及注意事項

1)設計指標。羅村排瀝涵閘水泥土換填要求水泥的等級為32.5的普通硅酸鹽水泥，要求和土拌合均勻，壓實度不小于0.92，承載力不小于180 kPa，水泥土配合比宜為2∶8。

2)注意事項。a.水泥土的配比應嚴格按照不小于2∶8的比例。b.嚴格控制水泥土中土的含水率，在最優含水率允許的±2%的范圍內。c.拌合時路拌機要拌合到底，拌合均勻，不得有素土夾層。d.施工溫度較低時，應采取保溫措施，防止土體結構破壞。e.從攤鋪水泥到碾壓完成，應嚴格控制時間，在最佳條件下抓緊碾壓，一次性壓實完成。f.水泥土換填的過程中，嚴格控制每層的填筑厚度及層面高程。

2 實驗原理

水泥土經壓實后的密實度為：

(1)

其中，α為壓實后的壓實度；mmax為干密度最大狀態下單位體積的水泥土的質量；m為壓實度為α時單位體積的水泥土的質量。

水泥土壓實后的無側限抗壓強度公式為：

(2)

其中，A為試件的受力面積；σ為無側限抗壓強度值；P為所承受的最大壓力值。

假設經壓實到干密度最大狀態的水泥土的體積是Vmax。在同質量的情況下，存在下列關系：

(3)

密實度為α的試件的無側限抗壓強度：

(4)

當壓實度最大時：

hi=Hi-h土i

(5)

當密實度為α時：

(6)

取壓實度最大時單位質量為1的正六面體微單元，可知：

(7)

(8)

即：

(9)

(10)

在最為密實狀態和壓實度為α時的兩種壓實水泥土相同位置截面正六面體微單元的水泥石連桿截面面積之和為：

(11)

(12)

F=σ水×A水

(13)

壓實度最大時，水泥土的微單元應力為：

(14)

(15)

通過上述公式可得:

(16)

式(3)和式(16)可以變為:

(17)

其中，σ′為壓實度為α時的無側限抗壓強度。

3 實例應用

3.1 試驗方法及結果

試驗用廊坊三河羅村閘的普通壤土為試驗土樣，通過擊實試驗得到其最大干密度為1.77 g/cm3，最優含水率為12.5%。試驗配的水泥土最優含水率平均值為11.3%。

表1 7 d，28 d的無側限抗壓強度

由表1可知：當水泥土經碾壓養護7 d時，壓實度從0.89增長到0.98，水泥土的無側限抗壓強度增長近1.9倍；當水泥土經碾壓養護28 d時，壓實度從0.83增長到0.98，水泥土無側限抗壓強度增長近2.8倍。從而可知：壓實度對水泥土強度存在較大影響，養護7 d～28 d的過程中，強度隨著壓實度的增大而迅速增大。

3.2 公式驗證

將28 d無側限抗壓強度數值代入式(18)得到聯立方程組：

(18)

聯立方程得到解如表2所示。

表2 壓實度—強度公式參數表

將表2中的ζ求平均值得到：ζ平=31.288 83，σ平=6.036 67。

將ζ平值代入式(17)得：

(19)

將7 d無側限抗壓強度數據代入式(19)，得到表3。

表3 壓實度最大狀態σ值

把各個壓實度最大狀態的σ值代入式(19)可得4組值，和實測值進行比較，可得兩種值之間的平均相對誤差和相關系數。

表4 不同密實度下的壓實水泥土強度模擬值

由表3，表4，圖1可知，兩種數值幾乎重合，相關性較好，可以說明式(17)是完全合適的。綜上，通過建立微觀模型和基本假設，推導出來的壓實度和水泥土強度關系的公式具有一定的有效性。

4 結語

在三河鮑邱河治理工程中，羅村閘基礎用水泥土換填的質量關鍵在于控制好水泥土的強度。以上論證了水泥土強度和壓實度的關系。故而控制好現場水泥土的壓實度至關重要。我們采取的是層層報驗，自檢和抽檢相結合的方法。很好的控制了現場水泥土的碾壓質量，同時也大大的提高了施工進度，節約了施工成本。

[1]趙 程,申向東,賈尚華,等.密實度對壓實水泥土強度的影響.巖土工程學報,2013,35(S1):360-365.

[2]劉成剛,唐新平.水泥土換填在沙潁河治理工程侯溝涵中的應用.科技推廣與應用,2012(11):29-30.

[3]楊河祥,李友奎,耿強生.水泥土強度特性試驗研究.山西建筑,2007,33(28):185-186.

[4]韓福濤,鐘恒昌,丁 寧.碾壓水泥土換填法在水工建筑物地基處理中的應用.科技推廣與應用,2009(1):29-30.

Application of cement soil replacing in Sanhe Baoqiuhe control engineering

Meng Bo1Zhang Ming2Zhang Zhihua2Huo Zhijiu2

(1.CangzhouWaterSupply&DrainGroupCo.,Ltd,Cangzhou061000,China；2.HebeiProvincialAcademyofWaterResources,Shijiazhuang050051,China)

In this paper, the Sanhe Baoqiuhe regulation project Luo village gate lock chamber, counterfort retaining wall structure of cement-soil replacement is used for the foundation construction process are expounded. By the compaction cement-soil compactness and compacted cement-soil strength between the basic equation to verify the different curing age of cement-soil compaction degree and intensity of the accuracy of the test data. For the similar construction provides a theoretical and technical support.

cement soil replacement, foundation bearing capacity, the degree of compaction, unconfined compressive strength

1009-6825(2015)21-0204-02

2015-05-15

孟 博(1987- )，女，助理工程師； 張 明(1987- )，男，助理工程師

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