戈壁地段水泥改良土填筑工藝參數試驗研究

郭張鋒

新建蘭新鐵路第二雙線路基長度占線路長度比例很大，途經地區多為戈壁地貌，沿線地層以碎、礫石類土為主，中游以粗細粒土互層為主，下游相對低洼地區分布粉土、粉質黏土。設計擬采用路基開挖的粉質黏土或取土坑內的粉土、粉質黏土作填料。該土屬 C組填料，設計采用 5%水泥改良后作為基床底層填料。另外，現場實測土的含水量約4%，改良土室內最佳含水量9.6%，因此，需要增大含水量后方可摻加水泥進行改良。為此，選擇在DK 786+280～DK 786+400和DK786+980～DK787+080段基床底層進行水泥改良工藝及填筑工藝試驗研究。通過水泥改良粉質黏土與填筑試驗研究，達到為今后路基大面積施工提供指導性意見的目的。

1 基層底層填料室內土工試驗

取具有代表性的可利用挖方土和取土場的土樣進行顆粒分析、液塑限和擊實等相關土工室內試驗。確定土類別為細粒土，屬于低液限粉土;其最大干密度為 1.88 g/cm3，最佳含水量為8.5%，液限23.3%，塑限13.6%，塑性指數9.7%。

2 水泥改良土原材料試驗以及室內土工試驗

本試驗段采用酒鋼(集團)宏達建材有限責任公司生產的戈壁牌P.O 42.5級水泥為化學改良土的外摻料，其各項檢測指標為:標準稠度用水量為26.5%，初凝時間為210 min，終凝時間為310m in，3 d抗折強度為5.3MPa，3 d抗壓強度為20.2MPa。以上各項指標均符合 GB 175-2007規范技術要求。

取填料代表性土樣風干后，與干土質量 5%的劑量經檢測合格的戈壁牌P.O42.5級水泥和一定數量的水充分拌和均勻，配置為最佳含水量狀態下的水泥改良土混合物，進行擊實試驗和無側限抗壓強度試驗。其最大干密度為1.93g/cm3，最佳含水量9.6%; 7 d無側限抗壓強度代表值為 0.68MPa，標準偏差為0.04MPa，相對標準差為6.6%。

3 水泥改良土延遲試驗數據分析

延遲時間是指在試驗室內從混合料加水拌和開始到擊實完成這段時間。通過室內擊實試驗，可以得出水泥改良土在標準擊實功作用下干密度與延遲時間之間的關系，從而確定該水泥改良土在施工過程中應該控制的延遲時間。

表1 延遲時間對水泥改良土干密度的影響數據表

在進行延遲試驗時，根據最佳含水量在室內配制拌和均勻的5%水泥改良土混合料，分別延遲1 h，2 h，3h，4 h，5 h，6h后進行擊實試驗，室內實測不同時間間隔下水泥土干密度數據見表 1。

從表1可以看到，延遲時間為 4 h時，水泥改良土混合料所能達到的干密度為1.84g/cm3，為無延遲時間時的95.3%(1.93 g/cm3)。可以初步確定該水泥改良土混合料在現場施工中從拌和、運輸、整平、碾壓完畢的延遲時間以 4h為宜。

4 碾壓工藝試驗前現場準備工作

在進行基床底層試驗段填筑前，首先對里程DK 786+100～DK786+200范圍進行原地面清表、整平并反復碾壓處理后，然后進行地基系數K30和壓實系數 k等指標檢測，使各項測試數據達到無碴軌道基床底層以下路基填料壓實標準的要求。

5 水泥改良土碾壓工藝試驗

1)拌和遍數工藝參數試驗。按照《客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準》規定:砂類土和改良細粒土每層最大填筑壓實厚度應不大于 30 cm的要求，進行攤鋪。按照松鋪系數 1.15攤鋪 35 cm素土。待素土含水量達到水泥改良土最佳含水量2%～3%范圍時，按照干土質量 5%計算所需水泥用量，然后打方格在素土表面均勻撒布水泥，使用路拌機拌和一遍后，取具有代表性拌和料進行顆粒篩分試驗，并從整個攤鋪厚度范圍內上、中、下三個部位分別取樣檢測其水泥劑量，再次使用路拌機進行第二遍和第三遍拌和，分別重復進行上述試驗，檢測數據見表 2。

表2 拌和遍數試驗檢測數據匯總表 %

結論:從表2檢測數據可以看出經第一遍拌和后混合料很不均勻，上、中、下層水泥劑量相差很大，變異系數高達 45.71%并存在 11%大于 1 cm的土塊顆粒。經過第二遍拌和后，上、中、下層水泥劑量基本一致，已經沒有大于1 cm的土塊存在。第三遍拌和結果與第二遍拌和相比沒有變化，因此進行兩次拌和已經可以滿足碾壓前拌和均勻以及混合料中不應含有大于 10mm的土塊的要求。

2)碾壓遍數工藝參數試驗。改良土拌和均勻且含水量為最佳時，使用平地機調平，然后用YZ20型壓路機進行碾壓遍數工藝試驗。先進行弱壓一遍，選取6個測點測定壓實系數 k和變形模量Evd，然后每強振一遍在相同測點測定6個壓實系數k(環刀法)和變形模量Evd數據，累計強振 5遍，每次強振完后均重復上述檢測。測試數據平均值見表 3。

表3 碾壓遍數工藝試驗測試數據匯總表

結論:由于水泥改良土需嚴格控制碾壓時間，所以在進行碾壓遍數工藝試驗時只進行壓實系數 k和Evd兩項指標的檢測，從圖 1和圖 2曲線可以看出，壓實系數k和 Evd測試數據均在累計碾壓4遍后出現拐點，在進行 5遍和 6遍碾壓后測試數據已經沒有明顯增加。因此推薦碾壓方式為:弱壓 1遍 +強壓 3遍+靜壓 1遍(靜壓 1遍只起最后光面和平整作用)。

6 檢測數據分析及效果評價

通過上述一系列室內試驗和工地現場碾壓工藝試驗，可得到以下結論:1)填料類別為細粒土，屬于低液限粉土，必須進行改良方可作為基床底層填料。水泥進行改良后最大干密度為1.93g/cm3，最佳含水量9.6%，CBR=47.6%，其壓實效果滿足設計及規范要求。2)路拌機拌和遍數為2遍，行駛速度控制在1.5 km/h左右，拌和深度控制在30 cm以內。3)改良土碾壓松鋪系數為1.15，填筑壓實厚度不宜大于30 cm;采用YZ20及以上噸位的振動壓路機進行碾壓，從拌和到碾壓完成時間控制在 4h～5 h。4)改良土在碾壓及檢測的數小時過程中，僅僅依靠白天氣溫高的時段進行改良填筑施工，現場無法采取有效措施進行防凍，因此，土層表面出現過約1 cm的凍層，所以，建議冬季不安排改良土的施工。

[1] 王 健，鞏玉霞.水泥混凝土收縮影響因素分析[J].山西建筑，2009，35(15):153-154.