改性土在渠道膨脹土處理中的應用

□劉紅云（河南省光山縣水利局水利水保技術指導站）

0 引言

膨脹土是一種含一定數量親水礦物質（蒙脫石、伊利石、高嶺石或混層結構）且隨著環境的干濕循環變化而具有顯著的干濕收縮、吸水膨脹和強度衰減的粘性土，有的裂隙很發育，且液限和塑性指數較大，壓縮性偏低，在天然含水量狀態下較堅硬，一般具有超固結性。根據其膨脹率分類，膨脹土可分為弱膨脹土、中膨脹土和強膨脹土。

1 膨脹土改性的工作機理

水泥改性土，是指將一定比例的水泥摻入膨脹土土料之中以改善膨脹土的性質或結構，使膨脹土喪失膨脹潛能，并在一定程度上提高土體強度或承載力。

1.1 作用原理

因膨脹土具有遇水膨脹、失水干縮的特性，采用路拌機、穩定土拌和機等摻伴設備，在膨脹土料中摻入適量水泥，使二者充分拌合并發生物理及化學反應，改變膨脹土的力學性質，使其強度和水穩定性大大提高，膨脹性得到控制。碾壓后形成換填層，一方面可隔離大氣與膨脹土基礎的直接作用，另一方面吸收基面的膨脹潛能，降低原膨脹土基礎自身因含水量變化而產生的脹縮應力，防止膨脹土邊坡產生滑坡。

1.2 南水北調渠道膨脹土處理方案設計

渠道膨脹土開挖后，清理建基面，采用先渠底后渠坡，分層鋪設，進占法施工。施工過程中，應及時對填筑面及邊坡進行灑水養護，防止水泥改性土沙化。在填筑過程中從拌合到碾壓終了的延時時間≤4h。為做到處理層與邊坡更好的結合，填料前，邊坡面需開挖成小臺階狀，臺階高為每一層鋪土的厚度。

2 改性土換填施工

2.1 施工準備

土料檢驗及施工工藝試驗，在施工之前，首先通過室內試驗取得膨脹土土料的物理指標參數，包括粘粒含量、塑性指數、膨脹率、水泥摻量等。根據室內試驗取得的參數，進行現場碾壓工藝試驗，確定碾壓機械、鋪土厚度、最優含水率、碾壓變數等參數。這些參數在施工中需進行驗證，并根據實際情況進行調整。

2.2 施工工藝流程

土料開采運輸→碎土→水泥土拌制→運輸→攤鋪→碾壓→取樣檢測

2.3 施工控制要點

一是土料破碎由土粒粒徑級配控制，合格土塊粒徑級配為：最大粒徑≤10cm,10～5cm粒徑含量≤5%，5～5mm粒徑含量≤50%；二是拌合稱量按照水泥、水、土的摻量比例添加，按生產試驗確定的機械運行控制參數充分拌合，并取樣進行均勻性檢測；三是碾壓時采取進占法施工，由于受天氣影響，填筑層表面風干較快，為保證層間接合，需對結合面進行灑水濕潤；對于填土時運輸車輛嚴格按照進占法施工，防止造成土料剪力破壞及彈簧土；四是為確保壓實度，改性土鋪土厚度要嚴格按照碾壓試驗要求控制，對于坡角壓實度，需超填，超填土料宜按照1：1.50坡比放坡。具體換填土料碾壓控制參數見表1。

表1 換填土料碾壓控制參數表

3 施工質量控制措施

3.1 施工前質量控制措施

一是檢查土料的自由膨脹率，從合格土料場取得的土料或從渠道本身獲得的土料，試驗室試驗確定其自由膨脹率，對于對于自由膨脹率＜65%的膨脹土進行改性，且根據膨脹率確定水泥摻量；二是保證碎土粒徑，粒徑級配是決定改性土質量的關鍵環節；三是確定土的最優含水率，料場土料含水量控制在最優含水量-2%～+3%之間。

3.2 施工中質量控制措施

一是渠基清理，渠基基面不合格土及不良地質土全部清除，且無浮土；二是鋪土時改性土的含水量控制，滿足設計指標的前提下，方可施工；三是碾壓施工時，推土機粗平，人工精平，表面平整度≤+5cm，采用進退錯距法對土料進行碾壓；行車速度2～3km/h；四是雨季施工注意天氣變化，避免土料受到雨淋，降雨時停止施工，已攤鋪的工作面盡快碾壓密實，天氣變化或隔夜施工時，采取防雨布對作業面覆蓋；五是銜接面施工，改性土水泥摻量相同渠段結合面坡度≥1：6，不同水泥摻量≥1：10，且結合面挖成小臺階狀。

3.3 施工后質量控制措施

一是壓實度質量控制，每一層碾壓完成后，試驗室用環刀取樣進行檢測，其中每層取樣≥3個點，每個點不少于兩個環刀取樣，合格率≥98%；二是超填邊線質量控制為保證壓實度，且考慮到碾壓機械工作面的要求，改性土按1：1.50坡比放坡回填，根據不同換填厚度，同一層以設計外坡腳為基準，頂部超填寬度≥30cm。

4 結語

水泥改性土換填適用于處理膨脹土自由膨脹率＞20%的膨脹基礎，特別是南水北調中線一期工程膨脹土渠線長，膨脹土面積大，膨脹土的自由膨脹率較大，水泥改性土是降低或消除膨脹土自由膨脹率的有效工程措施。水泥改性土處理膨脹土的膨脹性，既能保證工程質量，又能保證工程進度，可在大面積渠道膨脹土處理中推廣使用。