砂石換填在水利工程軟土地基加固施工中的應用

王婷婷

摘 要：隨著我國城市化進程的加快以及建筑事業的發展，水利工程建設規模越來越大。在水利工程項目中，經常會在軟地土施工中遇到各種難題，一旦施工不當，這些承載力弱的軟土地基將給水利工程施工帶來巨大的安全隱患。如何化解這一難題成為施工人員需要關注的課題。文章對砂石換填在水利工程軟土地基加固施工中的應用進行了探討，以期對相關從業人員有所借鑒。

關鍵詞：砂石換填；水利工程；軟土地基；材料

中圖分類號：TV223 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0038-02

水利工程是一個綜合性很高的建設工程，涉及到建設方案、地形地貌、地基建設和施工技術等諸多方面，其中地基工程是建設項目的重要環節。在水利工程施工中經常遇到各種軟土地基，給施工增加了難度。所謂軟體地基，是指由泥炭、粘性土、松軟土、砂質土以及有機質土等軟土構成的地基，由于含有多種土質，不同土質之間的物理性能差別較大，特別是強度、密度、硬度上有較大差別，導致在施工過程中，地基受力不同，容易發生坍塌問題；而且軟土地基中含有大量的水分，土質透水性差，大量水分難以排出；另外，軟體地基土質比較松軟、強度低、沉降快，隨著水利工程項目的進行，工程總體質量不斷增加，軟土地基坍塌的可能性就越高，容易引發滑坡和倒塌事件，直接影響到工程的質量以及安全性能。因此，需要我們在水利工程軟土地基施工時，采取科學的施工方法來提高軟土地基的穩定性，確保水利工程施工的順利進行。

1 砂石換填施工的技術特點

換填法是處理軟土地基的常見方法，顧名思義，就是將地基下面一定深度的軟土層挖掉，根據工程質量等級要求，換上強度高、性能穩定、承載力強的材料，然后用人工或者機械碾壓的方法對軟土層進行分層碾壓和夯實，使之達到工程的地基設計要求。換填法處理軟土地基的范圍很廣，常見的換填材料主要有砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、礦渣等材料，其中砂石換填應用時間最早、應用范圍最廣泛，也是技術工藝最成熟的換填工藝，特別適用于中小型建筑工程的塘、溝等的局部處理，以及非飽和的軟弱土地基處理，但對于地下水位較高且流速快的地基處理不適用。總體而言，砂石換填對軟土地基處理的作用主要有以下幾點。

1.1 可以提高地基層的承載力，滿足工程施工的需要

從工程力學看，隨著承載力的增大，地基基底的壓力由地面邊角向縱深發展，形成建筑的沉降。砂石換填處理后，軟弱土被砂石墊層所替代，地基承載力大大提高。

1.2 減少沉降量

從工程實踐來看，地基淺層的沉降是最嚴重的，占建筑物總體沉降的比例較大，用砂石層替代軟土層后，可以大大減少這部分的沉降。

1.3 加速地基的排水

軟土層透水性差，積水進入軟土層破壞地基土的塑性，破壞承載力。砂石層替代軟土層后，由于砂石材料空隙大，可以大大削弱地基淺層空隙水壓力，提高軟土層的強度。

2 水利工程軟土地基中的砂石換填處理施工

2.1 基坑土方開挖

砂石換填處理軟土地基前要進行開挖，由于種種原因，經常出現施工工況與原設計產生偏離的情況，為了保證施工的安全進行，必須加強基坑工程的質量控制，基坑開挖會對基坑周圍土地的應力場產生影響，從而導致地面沉降，給施工帶來安全隱患，因此，為了保證基坑施工的安全性，施工人員要嚴格按照施工規范進行施工，施工開挖時最好采用全面開挖形式，開挖時四周都要放坡，遵循由上至下的開挖順序，不得先切除坡腳，也不能在基坑周圍進行堆土，否則會帶來基坑周邊荷載的變化，增加支護的土壓力和滑動力矩。如果確實需要堆土或者行駛車輛，要對邊坡穩定度進行重新計算，確定好合適的堆載指標。

一般來說，基坑開挖都是采用機械作業，不僅節省大量人力，也會產生很好的開挖效果。同時，要提高基坑支護結構強度和穩定性，以免出現邊坡滑動出現塌方等事故；不能在基坑邊坡的影響范圍內進行打樁，如果非要進行動力打入的施工作業，盡量采用重錘低擊和間隔跳打的方法，將對基坑邊坡的破壞力降到最低；由于在軟土地基中進行施工，軟土層比較松散，在擴散角時要做好砌筑磚壁保護工作；開挖后要將底部清理干凈，將浮土清除出來，基坑中的水分也要及時排出，以免積水造成土質層強度的降低，有時開挖施工中會遇到地下水涌出，這時應該先進行降水處理，然后進行下一步工序。基坑的底部可以預留200 mm的厚土層，回填時可以按照設計標高進行作業；基坑工作完成后，要及時進行砂石材料的填充，然后進行夯實處理，以免基坑長時間暴露在露天，受到雨水或日曬的侵蝕。

2.2 施工材料要求

在砂石填充之前，要將基坑的底部處理干凈，清除雜物和積水，將底部整平。一般采用質地堅硬的石屑、粗砂、躒砂、圓砂、角礫、卵石、碎石等材料，不宜用強度不高的細砂和含泥及雜質較多的砂石料，材料中不得含有植物殘體的雜質，否則會降低砂石材料的硬度。

材料中的含泥量也要控制在一定比例，通常為5%。這樣才能保證基地填充物的滲透性。一般來說，設計人員在施工前都會對材料的粒徑和比例進行詳細說明，有時從河床中直接挖采的砂卵石可以直接進行施工，不需要進行處理；但有時為了滿足施工設計的要求，對于一些含泥量大或者粒徑偏小的施工材料要進行人工處理。

材料含泥量大的話，在填充前可以對砂石材料進行沖洗，洗掉材料上的淤泥和灰塵，然后與粗砂進行攪拌使用；由于砂石是由大小不一的顆粒組成，每個顆粒組占總量的比例成為顆粒級配，與砂石材料的承載力和壓實度有很大的關系。越是粒徑不均勻的砂卵石，其級配越好。

因此，如果材料粒徑偏小的話，可以摻入一些大粒徑的碎石，但砂石粒徑最大不要超過50 mm，不然就會導致砂石之間的空隙過大，造成砂石墊層的不均勻壓縮。砂的含水量接近飽和時最佳，含水量過低或砂浸泡于水中，墊層不易輾壓密實。必要時可用適當寬度的混凝土實心砌塊作擋土墻。

2.3 砂石回填及壓實

砂石材料由多種材料組成，不僅碎石、粗砂、砂卵石等，還有灰土和素土等材料。為了增強砂石墊層的穩固性能，在回填時要按照嚴格的施工規范和要求，進行分級填充。

第一層為碎石和礦渣墊層，材料最好攪拌均勻，即可以增加基底的透水性，又增強了穩定性，為后續的工程施工打下了基礎。

第二層為灰土和素土墊層，該墊層對于承擔上層荷載、保證地基的受力平衡有著關鍵作用。

第三層是砂和砂墊層，該墊層材料粒徑較大、透氣性好，有利于淤泥土質的水分和氣體排出，提高整個地基的承載力。

當然，在具體工程實踐中，要根據設計的要求和施工現場的狀況進行靈活施工。

在砂石回填施工中，每墊完一層都要進行壓實，以保證壓實厚度的均勻性、可靠性，為了保證壓實的效果滿足工程設計的要求，每層壓實后都要檢驗壓實的系數，一般而言，砂石墊層的壓實系數在0.94～0.97比較適宜，當然，壓實系數越高，墊層的承載力就越高，壓實系數滿足要求后才可以進行下一層的鋪填。

完成壓實后的墊層表面應平整密實、無坑洼、無隆起、無裂縫、無松散、無彈簧土現象、無明顯輪跡。另外，對砂石墊層的厚度也有著明確的要求，詳見表1。

2.4 砂石墊層施工質量檢測

砂石墊層的施工質量檢驗必須分層進行，每鋪一層砂石墊層，應按規范要求檢查。

第一階段為施工跟蹤檢測，主要進行含水量試驗、含泥量試驗、砂石比試驗和填筑密度試驗，目的是檢測每一層填料的含泥量是否超標，砂石比是否合適，壓實系數等是否滿足設計要求。

第二階段為質量驗收檢測，主要進行靜載荷試驗，測定墊層總沉降量及沉降量極差是否符合有關規定，墊層承載力是否達到設計要求。

3 結 語

總之，在水利工程施工管理中，地基工程施工是一項非常重要的工作，在采用砂石換填對水利工程軟土地基進行處理時，應根據建筑物結構特點、荷載性質和地質條件進行綜合分析，嚴格按國家有關規定進行換填材料選擇，按照施工規范和設計要求，控制好砂石墊層的配合比、壓實系數，滿足基坑穩定性要求。同時，加強施工過程控制，這樣才能使地基承載力得到較大的提高，充分發揮砂石換填加固在水利工程軟土地基處理中的作用。

參考文獻：

[1] 李援華.軟土地基處理施工技術[J].山西建筑，2009，（34）.

[2] 柴克慶，戚英.軟土地基處理技術研究[J].科技致富向導，2010，（29）.

[3] 李彰明.軟土地基加固的理論、設計與施工[M].北京：中國電力出版社，2006

[4] 蘇建林.公路工程施工技術[M].北京：人民交通出版社，2005.

[5] 牛志榮.地基處理技術及工程應用[M].北京：中國建材工業出版社，2004.