南水北調中線工程輝縣段水泥改性膨脹土工程特性的試驗研究

趙凱選

【摘 要】本次試驗研究采用摻加水泥改性膨脹土的方法，依托河南水利建筑工程有限公司承建的南水北調中線工程輝縣段進行工藝性試驗，采用三種不同水泥摻量的膨脹土進行碾壓試驗研究。通過碾壓試驗，結果顯示隨著水泥摻量的增加，滲透系數、抗壓強度并不隨著水泥摻量的增加而增加，筆者認為弱膨脹土的水泥摻量在3%～5%范圍內較為合理，具體摻量應在施工前通過工藝性碾壓試驗確定。

【關鍵詞】水泥摻量；改性膨脹土；試驗研究

0 引言

膨脹土既是一種吸水膨脹，失水收縮和往復脹縮變形的粘土，膨脹土的這些性質對工程建筑的危害極大，公路、擋土墻、邊坡、地下洞室、隧道圍堰和建筑等常常因為膨脹土的脹縮、軟化及裂隙而產生開裂、傾斜甚至破壞，造成很大的經濟損失。

膨脹土的有效治理非常困難，在工程界，人們往往稱之為“難對付的土”。目前對于膨脹土災害的防治主要采取土質改造與置換、表面防護、變形防護等措施。在土質改造方法中，工程中應用最廣的是在膨脹土中摻加石灰、水泥加以改性。南水北調中線工程輝縣段擬采用摻入一定量的水泥對具有弱膨脹潛勢的膨脹土進行改性，消除其脹縮變形對渠坡和渠基穩定不利影響。

1 水泥改性膨脹土試驗

本試驗研究擬采用摻入4%、5%、6%三種摻量的水泥對弱膨脹土進行改性，通過現場試驗的方法確定水泥的合適摻量，從而達到對該段膨脹土改性的最佳效果，為設計水泥摻量提供重要依據，同時也為現場施工提供依據，

1.1 場地平整、測量放線

測量人員對擬定試驗區進行測量放樣，定出試驗區邊樁位置，每10m設一高程控制樁，樁高1.5m。采取SD160推土機清除試驗區基面雜草、亂石、樹根等雜物，清理范圍超出試驗區邊線50cm以上。基礎清理完成后，采用PY180刮平機對基面進行平整，平整完畢后，采用18t光輪振動碾碾壓6遍，基面壓實處理后，平整、密實。

1.2 土料準備

土料為備土場渠道換填土料，經檢測備土場土料含水率ω在19～21%之間，當進行水泥土ωop+2%時需要補水，當進行水泥土ωop-2%時需要進行翻曬。試驗室對現場鋪筑的土料取樣檢測含水量，使每段的土料含水率控制在設定的含水率，如果含水率偏大，則進行翻曬，如果含水率偏低，則補水。

1.3 攤鋪平整

土料開挖采用1m3挖掘機開挖，15t自卸汽車運輸，采用全斷面進占法施工，邊角部位人工用鐵鍬鋪平。在土料攤鋪過程中，人工將大土塊、雜物撿除。由于氣溫較高，試驗土層鋪土厚度較薄，水分蒸發量較大，土料含水量損失較快，為保證水泥土含水量在設定試驗含水量范圍內。在攤鋪水泥前，對已平整的土料在進行含水量測定，對含水量偏小的，在土層上灑水悶料，灑水采用霧化噴淋，灑水均勻，避免局部水分過多。

1.4 水泥攤鋪

水泥存放在現場倉庫，在試驗過程中采用人工搬運至預先劃分好的分布地點。為保證水泥摻量，在水泥攤鋪前，對整平后的土層進行干密度檢測，通過試驗測定出素土干密度，根據素土干密度計算每平方米水泥土中水泥的用量，根據每平方米水泥用量，計算出每袋水泥攤鋪的面積。根據每袋水泥攤鋪面積，劃分方格，人工將水泥倒在網格中心，用刮板將水泥均勻攤開，水泥攤鋪完成后，表面均勻、無空白。

1.5 水泥土拌和

在WBY2300E型路拌機進場后，經過對素土拌和試驗，WBY2300E型路拌機拌和深度30～35cm，能夠滿足試驗需要。在水泥土拌和時，拌和2遍，拌和輪跡搭接50cm以上，拌和過程中設專人跟隨拌和機，檢查拌和深度，根據實測深度調整拌和深度，確保拌和深度進入下層3cm，以利于上下層結合，同時也避免留有素土夾層。水泥土拌和均勻后目測觀察色澤基本一致，沒有灰條、灰團和花面，顆粒粒徑在5cm以下。

1.6 碾壓

拌和完成后，及時采用平地機整形。碾壓采用18t光輪振動碾碾壓。碾壓時先靜壓2遍，然后在動壓。靜壓時以1.5～1.7km/h行走，動壓時以2.0～1.7km/h行走，由一側邊線順軸線方向平行順次碾壓，碾壓過程中由施工員負責記錄碾壓遍數和行駛速度，碾壓時重疊50cm以上，碾壓均勻，無漏壓。施工人員隨時檢驗碾壓作業面的情況，發現問題及時處理。在試驗過程中，通過對碾壓作業面的跟蹤觀察，水泥土碾壓在不同含水量時，均未出現彈簧現象。

1.7 維護養生

碾壓完成后，灑水養生采用霧化噴淋措施，灑水完畢后及時用塑料薄膜覆蓋養生，養生期間控制水泥土濕度。由于試驗期間雨水較多，雨水過后，及時派人排除塑料薄膜上面的積水，避免雨水進入工作面。

1.8 試驗檢測

土料攤鋪前，檢測土料含水率，如果土料含水率偏大，則進行翻曬，翻曬在備土場進行；如果偏小，則進行灑水補水。通過試驗，土場現有土料，在ωop+2%試驗時，需要補水；在ωop-2%時，需要翻曬。

水泥土拌和完成后，及時進行取樣，送試驗室進行水泥劑量檢測，水泥劑量檢測采用EDTA滴定法，每層檢測6組。經檢測水泥劑量滴定平均值為：4%水泥土滴定數值在3.9～4.0%，5%水泥滴定數值在5.0～5.4%，6%水泥滴定數值在6.0～6.5%；水泥含量標準差（4%水泥土滴定標準差在0.2～0.5，5%水泥滴定標準差在0.3～0.6，6%水泥滴定標準差在0.1～0.3）均不大于0.7。

碾壓完成后，進行環刀取樣及高程數據采集，檢測壓實度及沉降量。在各個試驗塊范圍內碾壓3遍、5遍、7遍后分別取樣，每層按照碾壓試驗方案確定取樣點均勻分布進行取樣，以檢測干密度和壓實度。

在合格的層面進行滲透系數檢測，同時根據3天、7天和28天不同的齡期，進行軟化系數檢測，每個齡期取樣不少于2組；滲透系數、軟化系數選擇壓實度合格的層面進行檢測。[1]

2 水泥改性膨脹土試驗研究分析

2.1 碾壓遍數與壓實度

通過對試驗數據的整理分析及3種碾壓遍數組合結束后對壓實層表面的觀察，當采用4%的水泥摻量，鋪土厚度28cm，碾壓遍數為靜2動3，含水率控制在16.5%～18.5%時，土層壓實度能夠滿足0.98的壓實度要求，且不會對壓實層表面產破壞。

2.2 水泥土松鋪系數的確定

通過對高程數據整理、計算，在特定水泥摻量時，不同鋪土厚度、含水率時的不同碾壓遍數的松鋪系數為1.04～1.09。

2.3 滲透系數、軟化系數

根據不同水泥摻量、不同含水率的滲透系數、軟化系數（3d、7d、28d）進行了測定，摻入水泥后，土體隨著齡期的增長強度提高，土體結構得到改善，對渠道填筑邊坡穩定十分有利。在相同養護天數下，隨著水泥摻量的提高，土體強度、滲透系數并無明顯變化。

2.4 路拌機的性能檢驗

本次試驗采用WBY2300E路拌機，拌和寬度2300mm，與輪寬一致；在拌和深度上，實際拌和深度30～35cm，本次試驗為28cm、25cm，能夠滿足深入下層3cm的技術要求。

2.5 壓實遍數與沉降量關系

4%、5%、6%不同的三種水泥摻量，在碾壓遍數相同時，沉降量相差不大，總沉降量隨碾壓遍數的增加而增加，但沉降趨勢減小。在靜2動5、靜2動7碾壓遍數時，4%摻量的沉降量最大。

2.6 素土、水泥土含水量變化值

在拌和水泥土前應對素土含水量進行測定，在素土含水量高出水泥土最優含水量1.9～3.2%進行拌制易滿足壓實度要求，當素土含水量低于水泥土最優含水量時，應該對土料進行補水，避免盲目拌和水泥土，造成浪費。

3 結語

通過對4%、5%、6%三種水泥摻量膨脹土的改性試驗研究，最終確定了當水泥摻量為4%、鋪土厚度為25cm、28cm時，壓實度能夠滿足設計要求，實現了對膨脹土的有效治理，而且便于現場施工控制，該項成果被最終用于工程實體。南水北調中線工程運行1年以來，膨脹土處理渠段運行平穩，為一渠清水千里北送提供了強有力的保證。

【參考文獻】

[1]侯永峰，龔曉南.水泥土的滲透特性[J].浙江大學學報（工學版），2000，34（2）：189-193.

[責任編輯：楊玉潔]