延時碾壓對4%水泥改性土壓實度的影響研究

王 勇,張大偉

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧省丹東市 118000)

文章編號：1006—2610(2015)05—0049—04

延時碾壓對4%水泥改性土壓實度的影響研究

王 勇,張大偉

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧省丹東市 118000)

針對室內4%水泥改性土擊實試驗結果與現場碾壓后的干密度差值較大的這種情況，通過從土料場不同位置的擊實以及室內延時擊實試驗2種情況來分析，找到存在差值的原因以及在實際施工中采用何種控制方法進行質量控制，以保證工程質量和工程進度。

膨脹巖(土);水泥改性土;延遲時間;最大干密度

1 工程概況

1.1 工程地質

南水北調中線工程總干渠寶豐郟縣段第7施工標段位于河南省平頂山市郟縣安良鎮內，起止樁號為SH(3)56+000 m～SH(3)61+957.6 m，標段長度5.957 6 km；

本段挖深大于15 m的中膨脹巖(土)為泥灰巖，分布在設計樁號SH(3)59+108 m～SH(3)60+868 m；該段為深挖方渠段，挖深15～22 m，渠底、一級坡及二級坡分布為中膨脹性的黏土巖，上部中粉質壤土；

膨脹巖(土)因其具有的特殊工程特性，易造成渠坡失穩，因而對工程安全運行影響較大，而且其處理難度、處理工程量和投資也較大，膨脹巖(土)處理是南水北調中線工程總干渠的關鍵技術難點問題之一，而采用4%水泥改性土進行換填，則是最行之有效的解決辦法。

1.2 主要工程量

渠道膨脹土(巖)段換填起圪樁號為SH(3)58+768 m～ SH(3)60+868 m，換填長度為2.1 km，其中樁號SH(3)58+768 m～ SH(3)59+108 m采用自由膨脹率小于20%黏性土換填，樁號SH(3)59+108 m～ SH(3)60+868 m一級馬道以下采用4%水泥改性土換填，一級馬道以上采用自由膨脹率小于20%的黏性土換填，其主要工程量見表1。

表1 渠道換填主要工程量匯總表

2 問題發現

在實際施工中，發現現場取環刀后的壓實度均達不到設計要求，試驗室檢測的干密度與第三方試驗室所做擊實最大干密度相差較大，造成換填施工處于暫停狀態；開始認為是碾壓遍數不夠或者是鋪土厚度較厚造成的壓實度不夠，但是經過現場多次生產性碾壓試驗，環刀檢測的結果還是達不到設計要求。

3 原因分析

3.1 查找相關資料

由于水利水電工程方面缺少關于水泥改性土方面的資料，但是通過參照JTJ057-94《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》中T0804-94條文說明3.0.4.1(4)條明確指出：當水泥遇到水后會開始水化作用，從加水拌和至擊實試驗間隔的時間愈長，水泥的水化作用和結硬程度就愈大，會影響水泥混合料所能達到的密度，間隔時間愈長，影響愈大。

3.2 原 因

經與第三方試驗室溝通，了解得知4%水泥改性土最大干密度的擊實試驗結果均是在無延遲時間、在室內恒溫的情況下完成最大干密度和最優含水率的試驗，而施工現場從加水拌和至現場攤鋪完成，需要1.5～2 h左右；很明顯，室內確定的最大干密度是在無延時狀態下做出的結果，而施工現場則是在延時2 h后完成碾壓，而從加水泥拌和至碾壓結束的延遲時間對水泥改性土的干密度有明顯的影響，因此，必須通過延時試驗確定延遲時間對水泥改性土最大干密度的影響，才能最終選定最大干密度作為施工中的控制干密度。

4 延遲時間的確定

根據水泥改性土的干密度隨著時間出現衰減的特性，尋找在規定的4 h之內找到與施工現場匹配的控制干密度，成為了解決控制干密度達不到設計要求的關鍵突破口，同時還要考慮不同土料場在摻拌水泥后其干密度的差值，都需要試驗來逐一驗證。

4.1 料場不同位置土料擊實對干密度的影響

在改性土拌和站取土樣分別外送到禹州第三方試驗室和黃委會進行擊實對比，各方試驗室擊實結果見表2。

表2 擊實結果對比表

從表2中可以看出，現場試驗室與黃委會所出的擊實結果較為接近，與禹州第三方試驗室的擊實結果差值也不大，排除人為因素外，該結果說明料場的土料變化并不是很大。

2012年8月15日，在土料場I-D區重新取樣，在現場試驗室再做擊實試驗，其試驗結果見表3。

表3 土料擊實結果匯總表

從表3中的數據來看，擊實結果變化均不大。

8月19日，在土料場I-D區重新再取樣，在現場試驗室和禹州第三方試驗室再做擊實試驗，其試驗結果見表4、5。

表4 現場擊實結果匯總表

表5 禹州第三方試驗室擊實結果匯總表

從表4、5的數據來看，雖然素土擊實結果存在一些差異，但是室內4%水泥改性土的擊實結果兩家試驗室試驗的結果基本相同，說明土料場雖然存在結核含量不均勻的情況，但是在摻拌水泥改性后，其干密度是相對穩定的。

4.2 延時擊實驗證

4.2.1 試驗研究路線

(1) 水泥改性土室內拌和標準擊實；

(2) 水泥改性土機械拌和后土料標準擊實；

(3) 水泥改性土現場碾壓的干密度試驗；

(4) 室內配置水泥改性土接近最優含水率時，分別在間隔0.5 h進行擊實，延遲時間分別為0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5和5 h，比較相同擊實功下水泥土隨時間延長的壓實效果；

(5) 現場實際攤鋪及完成6和12遍后現場取樣干密度結果，并記錄碾壓遍數完成時間；

(6) 確定室內延時擊實與施工現場碾壓時間相匹配的最大干密度，指導施工。

4.2.2 室內標準擊實

延時擊實試驗在現場試驗室土工間進行，室內溫度為20 ℃，4%水泥改性土最大干密度為1.73 g/cm3，最優含水率為18.8%，在土料拌和好水泥后，將拌和好的土料用塑料布包裹暫放，根據計劃的時間分別進行擊實，其擊實曲線見圖1。

圖1 擊實曲線圖

4.2.3 試驗結果

(1) 水泥改性土室內拌和標準擊實成果

相同擊實功下，室內拌和和改性土隨延遲時間延長的壓實效果見表6。

從表6的數據來看，室內拌和改性土初始干密度為1.71 g/cm3，5 h后干密度值為1.53 g/cm3，干密度下降0.18 g/cm3；擊實干密度與時間的曲線如圖2。

表6 室內摻拌后土料擊實成果匯總表

圖2 室內擊實干密度-時間關系圖

(2) 水泥改性土機械拌和后土料標準擊實

現場采用塑料袋裝土料，送到試驗室后，按要求的時間分別做擊實，塑料袋不封口，模擬現場水分自然揮發過程，EDTA滴定水泥含量為4.5%。實驗成果匯總見表7。

表7 機械拌和后土料水分自然散失擊實成果匯總表

從表7的數據來看，機械拌和改性土初始干密度為1.71 g/cm3，5 h后干密度值為1.56 g/cm3，干密度下降0.15 g/cm3，擊實干密度與時間的關系曲線如圖3。

(3) 水泥改性土現場碾壓的干密度

拌和后的土料運至試驗場地后分別進行碾壓，現場碾壓檢測結果匯總見表8。

圖3 機械拌和擊實干密度-時間關系圖

表8 現場碾壓取樣檢測結果匯總表

工藝摻拌時間/h平均干密度/(g·cm-3)6邊1．522．51．651．661．6612邊33．54．01．661．671．66灌砂4．55．01．671．68

從表8的數據來看，碾壓6遍的1.02倍干密度為1.67 g/cm3，碾壓12遍后，每0.5 h取樣檢測的干密度變化不大；4 h后灌砂檢測結果為1.67 g/cm3和1.68 g/cm3，表明土料在碾壓后的干密度隨時間的變化不大。

4.2.4 從拌和土料到碾壓完成的時間

為保證改性土土料從拌和到碾壓完成的時間與室內延時擊實相匹配，筆者特別對整個施工過程進行了詳細地記錄，經過現場實際計時，發現從拌和開始到施工現場碾壓完成，大約經歷1.5～2 h。

4.2.5 試驗結果

(1) 室內摻拌與機械拌和的初始擊實干密度均為1.71 g/cm3，每0.5 h擊實數據相差不大，說明室內摻拌與機械拌和的擊實差值不大，室內的延時擊實可以指導施工。

(2) 從現場碾壓的數據來看，碾壓6遍的1.02倍干密度為1.67 g/cm3，碾壓12遍后每隔0.5 h取樣的干密度結果基本相同，說明碾壓6遍已達到最大干密度的0.98。

(3) 根據施工經驗，現場土料從拌和到現場攤鋪、碾壓，基本在1.5～2 h后開始碾壓，室內延時擊實應與現場碾壓時間相對應，考慮到現場推土機攤鋪以及上料自卸汽車已對土料進行初步碾壓，室內擊實建議采用延時1 h的擊實干密度作為指導施工的最大干密度。

5 結 論

在找到了室內延時擊實數據與施工現場相匹配的施工參數后，碾壓后取環刀檢測干密度均符合設計要求，從而為4%水泥改性土大面積的施工取得了寶貴的施工數據，在4%水泥改性土換填施工結束后，也總結出一些經驗供大家參考：

(1) 土料在破碎前，含水率不宜高于18%，否則土料會因含水率過高而將篩網封堵住，影響施工進度；

(2) 天氣也是影響改性土料干密度的一個重要原因，氣溫越高，越應加大拌和用水量，以抵消因水泥反應從而造成土料含水率低于最優含水率；

(3) 拌制好的改性土料運到現場攤鋪好后，不宜太長，鋪設完50 m后就開始進行碾壓，若時間過長，其干密度值下降太快，影響試驗結果；

(4) 在氣溫較低的秋、冬季，其干密度的隨時間衰減比較小，而在氣溫較高的夏季，則干密度衰減的較大。

[1] 趙峰,倪錦初,熊新宇,張春燕.水泥改性土施工技術研究[J].人民長江,2010,41(16)：81-83.

[2] 馮建良,何曉龍,肖朋飛.淺析水泥改性土在引江濟漢工程中的應用[J].葛洲壩集團科技,2012,(4):7-8.

[3] 陳尚法,溫世億.南水北調中線一期工程膨脹土渠坡處理措施[J].人民長江,2010,41(16):65-68.

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[5] 劉志文. 膨脹土水泥改性拌和工藝研究與實踐[J].西北水電,2014，(1)：88-90.

Study on Influence by Delayed Compaction on Compaction Degree of 4% Cement Modified Soil

WANG Yong, ZHANG Da-wei

(Sinohydro Engineering Bureau 6 Co., Ltd, Dandong, Liaoning 118000，China)

Regarding the quite difference between the impact test result in lab and the dry density after compaction at site of the 4% cement modified soil, analysis is performed by impacts in different locations in the borrow area and delayed impacts in lab so as to find causes for the quite difference and seek the mean to control quality in construction to secure engineering quality and progress.Key words:expanded rock (soil); cement modified soil; delayed period; maximum dry density

2015-03-18

王勇(1963- )，男，遼寧省丹東市人，高級工程師,從事水利水電施工管理工作.

TV522

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10.3969/j.issn.1006-2610.2015.05.014