在堤防建设中砂土混合料的应用.pdf

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 土 木 与 建 筑 工 程在堤防建设中砂土混合料的应用陶慧 冷静（中交一公局集团水利工程有限公司 湖南益阳 413000）摘要：在堤防工程项目建设过程中需要应用到大量的砂土混合料，其质量会直接影响堤防工程项目的施工质量。鉴于此，本文结合某城市堤防工程项目施工案例，对其建设过程中使用到的砂土混合料特点进行了研究和分析，并在此基础上分析了当地的地质特征以及防洪条件，通过开展系列科学实验和渗透系数技术分析砂土混合料在堤防工程建设中的具体应用情况，期望对其他施工单位提供一定的参考和借鉴意义。关键词：砂土混合料 堤防建设 施工质量 实际运用中图分类号：TV871文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)10(c)-0200-04Application of Sand and Soil Mixture in Embankment ConstructionTAO Hui LENG Jing(China Communications First Public Bureau Group Water Conservancy Engineering Co.,Ltd.,Yiyang,Hunan Province,413000 China)Abstract:The quality of a large amount of sand and soil mixture that needs to be applied in the process of the embankment project construction will directly affect the construction quality of the embankment project.In view of this,this paper combines the construction case of the urban embankment project,the characteristics of sand mixture,and based on the local geological characteristics and flood control conditions,through a series of scientific experiments and permeability coefficient technology to analyze the concrete application of sand mixture in the construction of embankment engineering,expected to provide certain reference and reference for other construction units.Key Words:Sand and soil mixture;Embankment construction;Construction quality;Practical application砂土混合料属于堤防工程建设中应用的关键施工物料，其质量优劣直接影响堤防工程整体建设质量，因此需要各个施工单位结合具体的工程建设需求合理应用。1 砂土混合材料的特点分析砂土混合材料作为堤防工程项目建设阶段的主要物料之一，其自身特点如下。1.1 成本费用偏低砂土混合材料作为堤坝工程项目建设中的主要材料，可直接就地取材，无需从其他区域进行运输费，可有效减少施工单位的材料运输成本以及土石料材料采购成本。1.2 砂土材料自身优势显著和其他堤坝建设物料对比可知，砂土混合料有较高的抗渗透系数，整体抗渗透能力优秀，同时砂土混合料还不容易发生沉降。除此之外，砂土混合料还具有较强的抗剪力和抗液化能力。对比其他土质材料，虽然砂土混合料的外形不够美观，但是将其应用于洪水多发的区域，可起到良好的防渗效果，因此很多堤防工程项目中都将砂土混合料作为核心材料1。DOI：10.16660/ki.1674-098X.2212-5640-0325作者简介：陶慧（1990），女，本科，工程师，主要从事水利工程建设工作。冷静（1986），男，本科，工程师，主要从事水利水电工程管理工作。200科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 土 木 与 建 筑 工 程1.3 施工技术简单在堤防工程项目建设过程中使用到的砂土混合料往往都是就地取材，所以不需要施工单位租赁机械设备对其进行搅拌和筛分，如果砂土混合料的含水量和密度符合工程项目建设需求，可直接投入堤防工程建设之中2。1.4 优越的环保性能和其他均质土料对比可知，由于堤防工程中使用的砂土混合材料直接来源于自然，所以应用该材料进行施工不会对地方工程背水坡区域的生态系统产生影响。很多堤防工程施工单位在堤坝建设过程中往往应用商砼板和砌石材料来修建迎水坡面，以此来有效提升迎水坡的稳定性3。多数应用砂土混合料的堤坝工程项目，抗剪力性能高，自身凝聚力较弱。需注意，在实际施工中，施工单位要使用砂砾比例低于40%的混合料，可最大限度削弱堤坝建设对周围耕地产生的影响，可起到维护生态平衡的效果4。2 工程项目地质情况和防洪情况分析本文中的堤防工程项目位于我国湖南省境内赫山区，有烂泥湖垸、永申垸、新安垸3个堤垸5。其中烂泥湖院赫山部分建设有资江一线防洪堤坝，全长约为28.874km，烂尼湖撇洪河干堤及支堤110.101km，内湖内河渍堤191.457km。2.1 干堤及支堤堤防工程赫山区烂泥湖垸资江一线大堤的堤防工程项目建设时间为20世纪90年，进入2000年以后，当地政府对原来的堤坝进行加宽建设，该堤防工程整体长度为110km，顶部均宽度为3.5m，高度为3m，拥有防洪大坝2座。该堤防工程项目建设标准符合我国水利工程建设需求，随着近些年极端气候的反复出现，当地水利部门在该工程项目迎水坡区域增设了一层长度为3m砼板材料，在背水坡区域用干砌石材料进行防护6。2.2 内湖内河渍堤堤防工程内湖内河渍堤的堤防工程建设时间为2000年，该堤防工程项目总长度为191.457km，洪水断面宽度范围为7001400m，该堤防工程项目顶部宽度为6m，均高度4m。迎水坡区域以干砌石材料为主，背水坡区域主要借助大量植物进行防护。上述堤防工程项目的主要建设材料均为砂土混合料7。3 砂土混合料试验为检验堤防工程项目砂土混合材料的质量，需经过多次试验，具体的试验步骤如下。3.1 试验前期准备工作试验过程中分别选择筑堤用砂土混合料以及均质土料。分别在砂土混合料含沙量为30%、40%、50%、60%的条件下进行击实试验。在完成击实试验后，分别对含沙量为 50%和 60%的混合料展开渗透系数试验。3.2 实验控制标准分析在干燥条件下，采用30%、40%、50%和60%的碎石混合料进行分级。结果表明，不同粒度的混合比例为3.63 1、2.33 1、1.56 1、1.04 1。同时还对砂土混合料的干密度进行了严格的控制，试验的干密度设置为干密度最大8。3.3 试验结果研究分析3.3.1 颗粒试验结果分析根据试验结果显示的数据进行分析后发现，其中含砂砾量分别为30%、40%、50%、60%的砂石混合料粒径小于2mm的颗粒含量数值分别为78%、69%、61%、52%。结合该数据分析可知，该砂石混合料主体颗粒构成粒径较细。3.3.2 击实试验数据分析在完成击实试验之后获取相关数据后可绘制击实试验曲线。研究该曲线可知：如果砂石混合料中的含砾量呈现不断攀升态势，会导致干密度数值随之增高，混合料的含水量不断下降。在该曲线中，含砾量每增加一成，干密度数值会增加0.050.09g/cm，含水率也会随之下降1.01.6个百分点。在该试验中，击实曲线和饱和曲线关系符合试验要求，由此可得出砂石混合料地击实性好，可广泛应用于堤防工程建设项目中9。3.3.3 渗透试验结果分析经过渗透试验后可得出均质土料渗透系数：6.2310-8m/s。对于含砾量在50%和60%的砂石混合料，渗透系数如下：50%混合料渗透系数为 2.9410-8m/s；60%混合料渗透系数为3.0910-8m/s。综合上述试验数据和结果可知，如果砂石混合料的含砾量超过40%，会降低其稳定性。因此，在本文中的堤防工程项目施工建设过程中应用到的全部砂石混合料，其含砾量需严格控制在40%以内，这样才能最大201科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald土 木 与 建 筑 工 程限度保障堤坝的稳定性和渗透性不受影响，确保其防洪效果10。4 砂石混合料在堤防工程中的具体应用分析结合上文可知，本堤防工程项目具体分为河流东侧堤防工程和河流西侧堤防工程，该地方工程防洪坝宽度在3.5m左右，高度为3m，东侧堤防工程的顶宽数值为6m，高度为4m，后期加固时迎水坡应用2m长砼板材料保护，周边区域和背水坡区域以干砌石结构为主。西侧堤防工程项目坝宽度、高度均为4v，迎水坡以长度为2m的干砌石材料为主，周边区域种植植被和草皮进行防护。由于本堤防工程项目核心物料为砂土混合材料，在实际的建设过程中，笔者通过对其渗透系数、滑动破坏及液化破坏状况进行分析，然后在此基础上提出对应的防治措施11。4.1 渗透系数分析及具体的防治措施由于该堤防工程项目防洪堤坝的顶部宽度不超过3.5m，经过测量得出该部分的边坡比数值如下1 11 1.5。据此可得出该防洪堤坝堤断面容易发生渗流。根据过往的工程施工数据可知：河流东侧地方工程背水坡区，堤坝底部曾出现过渗水及管涌现象；而河流西侧的堤防工程项目背水坡也发生过多起管涌问题。水利部门派遣单位进行整改时采用堤防断面增加等措施来减少堤坝渗透率12。堤防工程项目浸润线运用 堤防工程设计规范（GB 50286-2013）中的相关参数需求进行计算，最终得出渗流稳定计算结果如下。第一，为有效减少堤防工程项目背水坡区域渗流，可对渗流出口的比降数值进行优化调整，如果堤坝的坡面因多次渗流出现了结构性损坏，则会对下游区域的防洪安全性产生不良影响。第二，一旦堤防工程项目出现了渗透破坏现象，发生破坏的区域多位于下游堤脚区域，多数情况下堤基不容易受到影响，堤基容易出现渗透破坏的区域在下游坡脚外4mm左右。第三，很多洪水消退速度较快，难以形成长期、稳定的渗流，所以不容易对堤坝整体结构产生影响。通过上述分析可得出以下结论：无需对堤防工程开展其他防渗处理工艺13。4.2 滑动破坏分析和具体的防治措施在本堤防工程项目设计阶段，要求堤坝迎水坡和背水坡比值为1 2.5，该堤防工程项目坡度缓和。由于该堤防工程项目主体材料为砂土混合料，该材料抗剪强度不足。根据该堤防工程项目所处区域的地质结构以及水文特征进行分析后得出该区域整体抗剪力强度较高，结合过往的试验数据以及施工数据进行计算分析后得出该堤防工程项目基本上没有出现滑动破坏情况。结合本文中堤防工程项目的实际需求可知，当堤防工程项目在不同条件下，针对上游区域和下游区域整体的抗滑性进行计算。计算时应用条分法中太沙基公式。经过系列计算后若得出上游区域和下游区域的安全系数值，即F F=1.15，则可证明该堤防工程的抗滑性能符合工程项目的整体建设要求。此外，为进一步提升该堤防工程项目的施工质量，在施工的过程中施工单位针对施工区域的粉质基础进行了清理和更换，将更换后的土质材料干容重提升至1.61.75g/cm。4.3 液化破坏和具体的防渗措施分析4.3.1 液化破坏如果想要进一步提升该堤防工程项目整体的稳固性，要求施工单位选用砂土混合料进行施工时可尽量避开粒径较细的砂质材料。同时要严格控制砂土混合料的级配度。如果堤防工程项目的水位差不超过3.5m，发生管涌现象的概率较大，堤坝的少数区域可能还会出现流土现象。此外，一旦发生渗流，则可能导致某部分土体呈现凸起状。因此，为保障地方工程项目整体稳固性，可采用降低浸润线高度数值的方式14。4.3.2 具体的防治措施分析为有效提升本文中东侧和西侧堤防工程的稳固性，在实际的工程项目施工过程中，要求位于迎水坡区域的土料水平线要尽量降低，这样可以起到有效的堵水效果，同时也可以提升背水坡区域的含砂量。针对堤坝坡脚区域容易发生管涌现象的部分可通过设置排水体。在堤防工程项目建设过程中，砂土混合料的充分应用不仅可让堤坝和混合料构成一个完整的防渗结果，同时可起到良好的防渗效果，有效降低堤防工程项目发生管涌、渗流现象的概率15。5 砂石混合料的应用优缺点分析就砂石混合料的应用优势进行总结可知：（1）施工单位可直接从施工区域获得材料，无需从其他地方购入混合料，可有效减少施工单位的材料购入费用；（2）混合料整体的抗渗性强，不容易出现液化现象，多应用于洪水消退迅速的区域；（3）混合料施工时只需要控制202科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 土 木 与 建 筑 工 程粒径即可，不需进行二次筛分和搅拌；（4）混合料整体环保性较强，不容易影响周围环境16。砂石混合料的缺陷分析：（1）不适合应用于洪水集聚区域，自身抗剪力性薄弱，容易渗流；（2）对粒径有要求，如果作为堤坝建设材料使用，要求其中的含砂砾量不超过40%。6 结语综上所述，在堤防工程项目建设过程中，尤其是丘陵地区的堤坝建设中，砂石混合料已经成为主要的堤坝建设材料之一，该材料和其他均质土料对比不仅有着显著的价格优势，同时可有效降低堤坝工程建设难度。此外，将砂石混合料应用于堤防工程建设中，可有效减少堤防工程建设对周边农田造成的不利影响，目前该材料已经成为我国沿海丘陵地区堤防工程建设中常见的填筑材料之一。参考文献1 范志宏,唐光星,邓宏观,等.基于时温等效原理的片麻岩：改性沥青混合料的动态模量主曲线研究J/OL.公路,2022(12):41-462022-12-05.http:/ 严旭兵.堤防工程施工质量控制中监理工作的探讨与体会：以 张家川回族自治县灾后水利薄弱环节建设项目后川河中小河流治理工程 为例J.大陆桥视野,2022(7):130-132.3 李蔚.河道堤防工程渗漏原因及防渗措施研究：以樟树市蒙河堤桩工程为例J.水利科学与寒区工程,2022,5(4):109-111.4 潘文浩,尚钦,郑华康,等.山区河道堤防工程渗控措施研究：以金沙江丽江段新建堤防工程为例J.水利水电快报,2022,43(1):1-5.5 水利部办公厅关于印发水利水电工程（堤防、淤地坝）运行危险源辨识与风险评价导则（试行）的通知J.中华人民共和国水利部公报,2021(4):58-61.6 长江科学院派员赴四川开展2021年度小型水库、水闸工程和堤防工程险工险段安全运行专项监督检查工作J.长江科学院院报,2021,38(9):148.7 张飞,李超,刘恒,等.基于三轴重复加载蠕变试验的温拌胶粉改性沥青混合料高温性能C.2022世界交通运输大会(WTC2022)论文集（公路工程篇）,2022:204-213.8 杨发祥.堤防工程施工关键技术分析：以黄盖湖防洪治理工程为例J.湖南水利水电,2021(4):92-94,119.9 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