灰土的特性及在水利工程施工中的应用和注意事

　　摘 要：我国粘土分布较广，主要分布在陕西，甘肃，河北等北方地区，其中以湿陷性黄土所占比例较大。对于这类土质地区的水利工程建筑物和构筑物的地基处理，最有效，最成功的处理之一是采用灰土地基。本文主要对灰土的特性，灰土的施工等方面进行了论述，对实际工程有一定参考价值。

　　关键词：灰土,特性,施工,质量

　　灰土地基是我国传统的建筑地基之一，有着悠久的应用历史，并且不论是技术可行性还是经济性到施工便捷性都有很强的应用空间。现根据新疆某一级水电站为例作已论述，该水电站位于木扎提河上游河段的南岸阶地上，距拜城县约85km处，木扎提河自破城子至阿合布隆渠首，均穿行在峡谷中，由于两岸山体高大，无洪水危害，出峡谷后经排洪渠首泄洪闸，洪水入木扎提河拜城段，通过94.5公里河道，途中分别纳入喀普斯浪河、台勒维丘克河、卡拉苏河后汇入克孜尔水库，流经国营羊场、老虎台乡、大宛其农场、察尔齐农场、大桥乡、温巴什乡、米吉克乡、康其乡、托克逊乡、赛里木镇及克孜尔乡。各乡镇交通便利，有简易公路直达场区。

　　该工程主要厂房、尾水渠及生活管理房均位于木扎提河一级阶地上，地势较平坦，地表出露地层为全新统冲洪积粉土及上新更统冲积卵石，植被稀少。卵石层在勘探深度30m范围内未揭穿。

　　主要基础所在层为粉土，粉土(Q4al+pl)：浅黄色、黄褐色，局部夹粉砂薄层，摇震反应中等，切面稍有光泽，干强度一般，稍湿，稍密。层厚在发电厂房处介于1.50～6.0m之间，在尾水渠处介于1.00～5.0m之间。标贯击数平均值为3.5击。

　　fak=80kPa，γ=15.6kN/m3, Ck =8kPa，φk=20°。根据实际勘测报告及试验数据，结合有关单位的资料，最终确定采用灰土换填的地基处理方式，并在此工程后期的实际使用过程中取得良好效果，得到业主的肯定。先将本工程所采用的灰土地基处理方式从灰土的特性到施工过程到使施工期间注意事项作简要介绍如下：

　　一.灰土的特性：

　　1、灰土的抗压强度，灰土的抗压强度中一般随所用土壤的塑性指数的增加而提高。因为含灰率12%的灰土试件(28天湿房养护)，当土的塑性指数为6.5时，试件的抗压强度为40N/m2，当土的塑性指数为13.5时，抗压强度为200 N/m2以上。而用页岩粉碎过筛(0.5毫米筛孔)与石灰配制而成的页岩灰土更比同级石灰灰土的压力强度高1.3~2.0倍。灰土的抗压强度并不随含灰率的增加而一直提高，并且灰土的最佳含灰率与土的塑性指数成反比，一般说来，可以重量比10%~15%作为最佳含灰率。

　　灰土的抗压强度随龄期(灰土制备后的天数)的增加而提高，当天的抗压强度与素土夯实相同，但在28天以后则可提高2.5倍以上。从原津沽大学实验资料可知，10天时灰土的抗压强度为160 N/m2 ，10年时则为650 N/m2 。

　　灰土的抗压强度随灰土蜜实度的增加而提高。对常用的3：7灰土(其重量比为1：2.5)多打一遍夯后，其90天的抗压强度可提高以44%。

　　灰土拌合不匀对其抗压强度有极坏的影响，有的灰土虽历经21年，但因拌合不匀，操作粗糙，其抗压强度仍为16~220 N/m2 。这对工程是很大的隐患。

　　2、 灰土的抗剪强度：灰土的抗剪强度(C+tgΦ)在一定范围内随含灰量的增加而提高;超过一定数值后，其总抗剪强度即趋减少。对亚粘土灰土，在不同垂直荷重下，相应于最大抗剪强度的灰土比为1：3~1：4，土料为轻亚粘土时，则为1：2。

　　灰土的抗剪强度随土的塑性指数的增加而提高，因为种种1：4的灰土，当土的塑性指数为14.9时，其抗剪强度C=1.6 N/m3 ，Φ=49.50C。而当土的塑性指数7.9时，则C=14.4 N/m3，Φ=360C。

　　灰土的抗剪强度可随龄期的延长而提高，但其内摩擦角变化不大，而灰土的密实度对其抗剪强度有更大的影响。

　　3、灰土的刚性角：灰土作基础时基本有两种作法，一种是把灰土置于冰冻线以下，另一种是部分或全部置于冰冻线以上作为基础的一部分，两者皆需对灰土的刚性角给以必要的考虑，对体积比为3：7或明或2：8的灰土，其最小干容量分别为：当土料为轻亚粘土时16.6 kN/m3,亚粘土为16.0 kN/m3,粘土为14.5k N/m3,其刚性基础的宽度比为：

　　当基础底面平均压力P ≤100kN/m2，时为1：1.25

　　当基础底面平均压力100 kN/m2 P≤之200kN/m2，时为1：1.50相当于25~50号砂浆毛石基础的刚性角。

　　灰土的抗弯强度，根据中国建筑科学研究院的实验资料，灰土的抗弯强度低于抗压强度，抗弯强度亦随龄期的延长而提高，增长速度与抗压强度情况相同。

　　4、灰土的形变模量：实验测得亚粘土(干容量15.5 kN/m3)，粘土(干容量14.5 kN/m3)配制的3：7灰土(体积比)养护七天后浸水48小时的形变模量1000~1500 N/m2，养护28天后浸水48小时的形变模量为3200~4000 N/m2。

　　5、灰土的渗透性：灰主的渗透系数随素塑性指数及密实度的增高而减小;且随龄期的延长而减小，其渗透系数约为28x10~1.0x10cm/s之间。对同类土壤，不同含灰量的差别而改变。

　　6.灰土D的抗冻性：实验表明，在空气冲养护28天不经浸水的试件，历经三个冰冻循环，情况良好，其抗压强度不变，无崩裂破坏现象。但养护14天并接着浸水14天后的试件，同上试验后则出现崩裂破坏现象。分析原因是龄期太短，灰与土作用不完全，致使强度太差所致。

　　综合所述，对亚粘土制备的2：8灰土(体积比)，其施工密度达95%以上时，灰土的技术性能如下：

　　30天的抗压强度可达标30 N/m2，(不浸水)抗剪力，粘聚力为15 N/m2，内磨擦角Φ=350C，渗透系数 Kw=1.5x10cm/s;容量为15.5~16.5kN/m3。

　　二.灰土的施工

　　(一) 灰土的施工程序:

　　1、生石灰(选用钙石灰)在使用前两天用清水消解并剔除未烧透的小块(过筛)。本工程在地基处理期间严格采用此方式进行。

　　2、土过筛并剔除杂物和土块。此环节尤为重要一定的将杂物和土块去除，本工程在此环节严格有相关人员把控，并且在材料进场时我们并做了严格的检查和质量把控，切实的从源头保证质量，因为如果不去除干净严重影响后期整个地基的整体承载力。

　　3、按要求的配合比(一般按体积比)配制灰土，要求拌合均匀然后铺至打柱地点，每铺30cm，夯实到15cm。

　　4、灰土夯实后，如上部构筑物不能及时砌筑时，需用草席等物

　　掩盖，防止暴晒及雨水冲刷。灰土的后期保护在实际工程当中一定的去做这部分工作，比如本工程中部分已夯实的部分灰土地基未能覆盖，后在雨水的冲刷下，严重的影响了其强度，后经重新换填夯实后方达到其预期处理效果，这在工作量及经济性和技术合理性等方面都造成了较大的损失和隐患。所以在实际工程当中一定的注重防护工作，且一般在水利工程施工过程中造成冲刷现象的可能性很多，因工程一般都比较靠近水源，所以在水利工程施工过程当中的更加注重防护工作。

　　(二) 在水利工程施工时注意事项：

　　1、石灰不能消解过早，否则熟石灰碱性下降，减缓作用，降低强度。

　　2、以选用粘土，亚粘土及轻亚粘土为宜，在无试验仪器时，

　　可用搓条法选土类。粘土能搓成直径0.5cm土条，其长度不短于手掌(约20cm);亚粘土能搓成0.5~1.0cm土条, 其长度大于5cm,轻亚粘土能搓成2~3cm土条,粉砂土能搓成3~4cm土条。

　　3.准确掌握灰土的配合比常用的配合比(体积比)为28或3：7;在重量比换算湿松体积比时可参照下式计算。如测得石灰含水率为24%，湿容量为5.60 kN/m3 ,土壤含书率为16%，湿容量为12.0 kN/m3，要求的重量比为12：88，则换算成体积比为

　　(12x12.4÷5.60：(88x11.6÷12.00)=2.65：8.56=1：3.2

　　4.压密是保证灰土质量的主要工序，不仅能提高灰土的各项物理力学指标，并具有现实的经济意义。如以密实度由95%为准，则密实度降至86%时，造价提高62%;密实度提高到100%时，造价可降低15%。

　　5. 施工用水应妥善管理,防止管网漏水,并应做好防,排水措施,防止使用用水流入基坑。

　　6. 基坑内应严禁强夯后的坑底土层受扰动,防止其被践踏,受冻或受水浸泡.冬季施工应有防冻措施,垫层越冬应有保护措施。

　　7. 基坑内应严禁强夯后的坑底土层受扰动,防止其被践踏,受冻或受水浸泡.冬季施工应有防冻措施,垫层越冬应有保护措施。

　　灰土的含水量与压实效果有很大的关系，但因条件所限，尚提不出最佳含水率的确切数值，但在现场可通过试验决定。简易的办法是用手攥灰土则能成团块，再用两手捏之就能粉碎，即为适宜含水率。

　　在地下水位较高且基槽在施工期间排水困难时，不宜采用灰土基础。

　　三.灰土的经济意义

　　灰土的主要优点是充分利用当地材料和工业废料(如炉渣灰土)，节省水泥，降低工程造价，灰土基础比混凝土基础可降低造价60~75%，在冰冻线以上代替砖或毛石基础可降低造价格30%，用于公路建设时比泥结碎石降低40~60%，用作挡土堵的卸荷稷体时，如增高9m，则每米墙长可节省浆砌石8.7 m3,挖，填土各23 m2，降低造价30%(增用石灰25N)。并可改良土壤性质，提高回填土的抗剪强度。

　　四.结论

　　今后如进一步充分利用灰土的各种物理及力学性质，则可进一步扩大灰土的使用范围，使其更多的在建设中发挥作用。通过诸多工程的实践灰土地基处理方式均取得了良好的效果，并且从经济性和实际可操作性都符合当下的基本国情，有着较为广阔的应用前景，有待于进一步的研究和推广发展。

　　参 考 文 献

　　[1]《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)

　　[2]《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)

　　[3]《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)

　　[4]《土工试验规程》(SL237-1999)

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文章名称： 灰土的特性及在水利工程施工中的应用和注意事

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