水利工程中的水闸水泥砂垫层施工技术研究

叶云涛

（惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司，广东 惠州 516000）

水泥砂垫层施工技术具有多方面应用优势，已在水利工程水闸施工中得到广泛应用。水利工程特殊的水文地质特点决定了闸基底部存在较多的粉细砂，处理不当会使工程出现严重的渗漏问题，而且基础强度较差。采用有效措施，对水泥性能及施工过程进行控制，可以有效解决上述问题。本文以汉江下游兴隆水利工程水闸水泥砂垫层施工为例，进行水泥砂垫层施工质量控制研究。

1 工程概况

汉江下游兴隆水利工程属于南水北调四项治理工程之一，处于汉江梯级开发的末端环节，其主要功能作用是灌溉、航运以及发电。该工程包含一座56孔泄水闸的施工任务，泄水闸闸段总宽度为953 m，高度为17.7 m。在泄水闸基础部分存在大量粉细砂，粉细砂品质整体较好，局部区域会含有淤泥质成分，但含泥量较低。在施工过程中，拟采用水泥砂垫层技术，通过在泄水闸闸基直接取用粉细砂，加入水泥制作成水泥砂材料，利用水泥砂垫层施工技术改善闸基承载力和透水性。

2 水泥砂性能检测

2.1 水泥砂材料性能指标及计算

兴隆水利工程泄水闸水泥砂垫层施工前，要明确水泥砂材料性能指标，做好相关计算分析工作。原材料包括粉细砂、水和水泥。其中粉细砂在现场采集，但要选择含泥量低的纯净粉细砂，并剔除结块、植物根茎等杂物[1]。该工程要求水泥掺入量控制在4.5%以内，夯填度控制在0.87以内，使其相对密度达到0.7以上。水泥类型可选择使用普通硅酸盐水泥，采取试验方式确定水泥掺入量。在对砂样颗粒进行分析时，需掌握粒径、干密度等采纳数，采用相关公式计算出水泥砂材料的渗透系数[2]。该工程采用的两种水泥砂材料试验计算结果见表1。

表1 不同水泥砂材料渗透系数计算结果

2.2 水泥砂垫层碾压试验

水泥砂垫层碾压试验是前期施工准备重要环节。兴隆水利工程水闸水泥砂垫层碾压试验过程中，要对开采区含水量情况进行检测：将覆盖层剥离1 m，进行粉细砂含水量检测，得到具体的含水率参数。纯净的粉细砂含水率一般在6.4%左右，根据设计要求，控制水的加入量，使其达到最优含水率指标。上述工程经过试验确定最优含水量12%，水泥砂最大干密度1.6 g/cm3,水泥掺入量为6%。在后续的水泥拌制过程中，控制好水的加入量，从而达到水泥砂垫层渗透率要求。碾压试验过程中，按照试验得出的含水量指标确定水泥砂垫层的摊铺厚度及平整度、碾压次数、压实厚度、夯填度等参数[3]，进行碾压施工。

2.3 水泥砂拌制及质量控制

前期准备工作还需要完成水泥砂拌制及质量控制工作。（1）水泥砂配比的控制。在拌合站集中拌制过程中，可采用称量系统控制粉细砂、水、水泥的施用量。特别是对于水量的控制，要考虑粉细砂的自然含水量；（2）拌合均匀度的控制。粉细砂自身的粒径较小，其含有的水分与水泥结合后，如出现明显的颗粒状，则说明拌合不均匀，需要调整拌和顺序，完成水泥和水的拌和，之后加入粉细砂，适当延长搅拌的时间，防止出现拌合不均匀现象。

3 水泥砂垫层施工

3.1 基面处理

兴隆水利工程水闸施工存在粉细砂含量较大的情况。粉细砂自身的弹性模量较高，且本身为散粒体，可以通过水泥改性的方法，降低其渗透系数。为保证施工效果，在正式施工前，要将水闸闸基表面的杂物和积水去除[4]。兴隆水利工程水闸闸基使用的细粒料、粗粒料，其料径仅相差0.1 mm，且均在粉细砂粒径范围内，水闸基坑力学性质在黏性土与砂性土之间。如粉细砂处于湿润状态，会表现出黏性土的粘结性特点。此外，对于基底表面存在坑洼的部分，需要按照设计标准进行局部回填，并处理受扰动的桩间土。施工过程中，要严格按照设计图纸的要求进行放样，控制好水泥砂垫层的填筑高度。可以根据施工强度对填筑区进行划分，并做好标识工作。按照标识顺序进行施工，完工基面经过验收合格后进入下一道工序施工。此外，基面处理还要与水泥砂运输做好时间方面的配合，运输前检查车厢是否干净，保证作业的连贯性，避免水泥砂含水量出现较大变化。

3.2 水泥砂垫层摊铺

水泥砂垫层的摊铺施工需要采取机械与人工配合的方式进行施工。兴隆水利工程水闸水泥砂垫层施工采用长臂反铲进行垂直送料，配合人工进行摊铺。摊铺前，基底表面应保持湿润状态，但不能出现明显积水，主要是为了弥补水泥砂的含水量损失。根据前期的试验结果，达到指定的摊铺厚度，并保证摊铺的均匀性和平整性[5]。一般情况下，铺料的宽度应大于2 m。完成施工后，对照前期试验结果，检查铺料厚度、均匀度等参数是否符合要求，否则，需要进行及时补救。

3.3 水泥砂垫层振捣

水泥砂垫层的振捣施工可采用ZW-10型附着式振捣器进行施工，在铺料层的表面实施振捣。振捣施工前先进行平料，确保铺料的平整性和均匀性。整个振捣施工过程要按照特定方向进行，并达到规定的振捣次数。振捣施工中，碾迹重叠的宽度应大于等于0.3 m，对于接头部分和边角部位，需要进行加强振捣，并防止出现漏振、欠振的情况。由于水泥砂垫层在每个闸室分段接头部分要做成斜坡状，各层之间需要错开0.5 m～1 m的长度，同样进行加强振捣。完成一个施工段的施工后，要先对预留接头部分进行清理和修整，合格后进行下一个施工段的施工，确保前后填段连接紧密。

3.4 水泥砂垫层养护

水泥砂垫层的铺筑施工完成后要及时开展养护作业。完成施工的区域禁止车辆、施工人员通行，需要制定专门人员在施工现场进行看护。为满足施工质量检查的要求，养护阶段需要进行取样试验，并对未达到施工要求的部分进行返修。此外，应尽快安排上部结构施工，以减少水泥砂的暴露时间，避免水泥砂垫层受到破坏。

4 结语

水泥砂垫层施工技术是改善水利工程水闸基础施工质量的有效技术方法，实际工程应用过程中，应通过工况分析，明确水泥砂垫层的施工特点，做好各个阶段的施工准备及施工质量控制工作，最大化的发挥水泥砂垫层施工技术的优势，以改善水闸的基础力学性能，使其达到工程施工要求。