水泥改良土填筑質(zhì)量控制

吳 劍 峰，　湯　婷

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都　610066)

水泥改良土填筑質(zhì)量控制

吳 劍 峰，湯婷

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都610066)

摘要：水泥改良土是土方填筑中普遍采用的一種土的改良方法，被廣泛應(yīng)用于各種工程的土方填筑中。結(jié)合石濟(jì)客專二標(biāo)水泥改良土填筑，介紹了在水泥改良土試驗(yàn)、施工方面采用的質(zhì)量控制方法。

關(guān)鍵詞：水泥改良土；質(zhì)量控制；試驗(yàn)檢測(cè)

1工程概述

新建石家莊至濟(jì)南鐵路客運(yùn)專線工程SJZ-2標(biāo)段線路位于河北省境內(nèi)，起點(diǎn)位于晉州市，向東南方向延伸至辛集市，設(shè)置辛集南站，標(biāo)段起始里程為DK51+213.36～DK79+555.99，正線長(zhǎng)度為28 342.63 m，路基長(zhǎng)度為2 004.54 m， 路基段主要經(jīng)過沖積平原，其地形平坦開闊且大部分被辟為耕地，所處地層以粉土、粉質(zhì)粘土及砂土層為主，地基承載力在100～450 kPa之間，地層較軟弱。設(shè)計(jì)方案均為填方路基，填高為6.5～9 m。該段路基基床底層及基床以下路堤采用水泥改良土作為路基填料。

2水泥改良土原理

水泥改良土原理：水泥中的礦物與土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)后在土中形成骨架，約束土顆粒進(jìn)而提高了土體的穩(wěn)定性，同時(shí)提高了土抵抗外部荷載變形的能力。水泥改良土是在土中摻入一定劑量的水泥、用以改善土體性能的方法，其目的為提升土體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

3對(duì)水泥改良土中原材料質(zhì)量的控制

3.1原土料質(zhì)量控制要求及檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范要求，采用水泥改良時(shí)，原土料中的有機(jī)質(zhì)含量不應(yīng)大于2%，硫酸鹽含量(折算成SO42-)不應(yīng)大于0.25%，檢測(cè)指標(biāo)見表1。

大量的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明：在低摻量條件下，對(duì)于塑性指數(shù)Ip<12的粉土、粉質(zhì)粘土采用水泥改良其物理、力學(xué)性能相對(duì)較好，效果最好的為砂性土，其次為粉狀土、粘性土。依據(jù)表1中的液限、塑性指數(shù)可以判斷出該土為粉質(zhì)粘土。

表1　原土料檢測(cè)指標(biāo)表

3.2水泥質(zhì)量控制要求及檢測(cè)結(jié)果

規(guī)范要求水泥應(yīng)采用普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥，不應(yīng)采用快硬水泥和早強(qiáng)水泥。設(shè)計(jì)要求采用普通硅酸鹽水泥(P.O42.5)，其技術(shù)要求指標(biāo)見表2。

表2　水泥技術(shù)指標(biāo)表

考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工和天氣原因，建議應(yīng)與水泥生產(chǎn)廠家協(xié)商適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)水泥凝結(jié)時(shí)間。

4水泥改良土試驗(yàn)

4.1水泥改良土技術(shù)要求

水泥改良土技術(shù)要求見表3。

表3　水泥改良土技術(shù)要求表

4.2水泥改良土試驗(yàn)前應(yīng)注意的事項(xiàng)

水泥改良土填筑與素土具有本質(zhì)的區(qū)別。水泥改良土具有延時(shí)效應(yīng)，強(qiáng)度和干密度隨時(shí)間延長(zhǎng)發(fā)生明顯的變化；而對(duì)于素土而言，壓實(shí)質(zhì)量的控制指標(biāo)與延遲時(shí)間無關(guān)，故在進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定改良土最大干密度和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度時(shí)，一定要考慮水泥改良土的延時(shí)效應(yīng)。試驗(yàn)證明：水泥改良土強(qiáng)度和干密度是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)慢慢減小的。為了準(zhǔn)確地控制現(xiàn)場(chǎng)的填筑質(zhì)量，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)時(shí)應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)的填筑時(shí)間。現(xiàn)場(chǎng)水泥改良土從拌合、運(yùn)輸、攤鋪、整平、碾壓成型再到取樣試驗(yàn)通常需要3～4 h(受限于攪拌能力、協(xié)調(diào)方面等因素，填筑時(shí)間可能更長(zhǎng))。以浸潤(rùn)土加水泥拌合后1 h內(nèi)得到的最大干密度和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度控制現(xiàn)場(chǎng)填筑壓實(shí)質(zhì)量明顯與實(shí)際不相符，是不科學(xué)的，數(shù)據(jù)偏差太大，沒有代表性，不能反映填筑的真實(shí)質(zhì)量。為了更準(zhǔn)確地控制現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)質(zhì)量，應(yīng)該進(jìn)行水泥改良土延時(shí)2 h、3 h、4 h、5 h、6 h的最大干密度和7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，建立延時(shí)時(shí)間和最大干密度、延時(shí)時(shí)間和強(qiáng)度的關(guān)系曲線；亦可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際填筑情況(拌制到試驗(yàn)檢測(cè)的時(shí)間)僅測(cè)定3～4 h或4～5 h延時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的最大干密度和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，以供進(jìn)行水泥改良土工藝試驗(yàn)和正式填筑時(shí)控制質(zhì)量選用。

4.3水泥改良土室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)

按設(shè)計(jì)要求，基床以下填筑3%的水泥改良土，原土留在通過5 mm篩上的質(zhì)量占總質(zhì)量的3.8%，依據(jù)規(guī)范選用重型擊實(shí)儀中的Z1(分5層擊實(shí)，每層25下)。采用電動(dòng)擊實(shí)儀，為降低試驗(yàn)誤差，每層土樣需稱量一致，將最后一層擊實(shí)面超出擊實(shí)筒高度嚴(yán)格控制在6 mm以內(nèi)。制備延時(shí)時(shí)間為2 h、3 h、4 h、5 h、6 h的土樣試驗(yàn)得出最大干密度后，重新制備土樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表3；所繪制的延時(shí)時(shí)間和最大干密度、7 d飽和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度關(guān)系見圖1、2。

表3　試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖1　延時(shí)時(shí)間與最大干密度關(guān)系圖

從圖1中可以看出試驗(yàn)結(jié)果是符合改良土延時(shí)效應(yīng)的，1～6 h無側(cè)限抗壓強(qiáng)度都能滿足要求，但5～6 h最大干密度已沒有明顯的變化，說明水泥在土中的改良作用已經(jīng)不明顯，水泥和土中的水水化反應(yīng)骨架作用開始形成，已慢慢產(chǎn)生強(qiáng)度。若碾壓過程超過5 h將會(huì)破壞水化反應(yīng)骨架的形成，從而造成水泥改良達(dá)不到預(yù)期效果。為了達(dá)到理想的改良效果，應(yīng)將填筑時(shí)間控制在4 h而不宜超過5 h,這也與水泥初凝時(shí)間相符。施工中的具體填筑時(shí)間可以直接以試驗(yàn)得到的水泥凝結(jié)時(shí)間來控制。

圖2　延時(shí)時(shí)間和7天飽和無側(cè)線抗壓強(qiáng)度關(guān)系圖

5施工拌和中的質(zhì)量控制

(1)該工程水泥改良土的拌和方法采用集中場(chǎng)拌法。拌和前，試驗(yàn)室在對(duì)原土含水率進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)觀察土質(zhì)有無明顯的變化，如變化明顯則應(yīng)重新進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)。改良土含水率控制與最優(yōu)含水率相差-1～+2%，若外界氣溫較高，應(yīng)考慮水分損失，含水率可根據(jù)具體的現(xiàn)場(chǎng)填筑情況適當(dāng)增加。

(2)拌和過程中，所摻入的水泥不僅要與土攪拌均勻，土粒之間亦應(yīng)均勻，不能出現(xiàn)土粒集中現(xiàn)象。試驗(yàn)人員在水泥改良土拌和過程中需抽檢有代表性的土樣測(cè)定水泥劑量，水泥劑量采用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定法(滴定曲線見圖3)，水泥劑量的控制應(yīng)比室內(nèi)試驗(yàn)確定的摻量大0.5%～1%，采用集中場(chǎng)拌法時(shí)可增加0.5%。在改良土拌和站測(cè)定水泥劑量滿足要求后，還應(yīng)在填筑現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽查3點(diǎn)檢測(cè)水泥計(jì)量，如現(xiàn)場(chǎng)不能滿足要求，應(yīng)在拌和站內(nèi)調(diào)整拌和機(jī)水泥流量，直至現(xiàn)場(chǎng)水泥劑量滿足要求為止。在日常施工過程中，應(yīng)通過大量的檢測(cè)總結(jié)出現(xiàn)場(chǎng)水泥劑量與拌和站水泥劑量之間的變化關(guān)系，以便更為高效的為水泥改良土填筑質(zhì)量服務(wù)。資料中的水泥劑量應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定結(jié)果為準(zhǔn)，拌和站水泥計(jì)量的測(cè)定只能作為過程控制資料。需要注意的是：改良土在達(dá)到水泥初凝時(shí)間檢測(cè)水泥劑量是不正確的，這時(shí)水泥已開始和土粒中的水發(fā)生反應(yīng)，檢測(cè)結(jié)果會(huì)偏低。

圖3　水泥劑量標(biāo)注曲線圖

(3)水泥改良土在其拌和運(yùn)輸過程中應(yīng)加蓋遮陽(yáng)布以避免表層水分損失過快；其攤鋪整平過程要流暢銜接，碾壓完成時(shí)間最好控制在水泥初凝時(shí)間內(nèi)，以求達(dá)到最好的改良效果。水泥凝結(jié)時(shí)間以試驗(yàn)室出具的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員應(yīng)嚴(yán)格把控時(shí)間，根據(jù)機(jī)具生產(chǎn)填筑能力合理安排填筑面積，避免因攤鋪面積過大而影響填筑質(zhì)量甚至導(dǎo)致改良土失效，亦可與水泥生產(chǎn)廠家協(xié)商，適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)水泥凝結(jié)的時(shí)間，使改良土填筑時(shí)間增長(zhǎng)。

(4)水泥改良土與素土壓實(shí)有很大的不同，應(yīng)根據(jù)碾壓試驗(yàn)得到的參數(shù)一次性碾壓到位，碾壓完成后不能進(jìn)行二次碾壓，以免造成破壞。碾壓檢測(cè)合格后應(yīng)注意對(duì)其表面灑水養(yǎng)護(hù)。如在工序銜接合理的情況下，應(yīng)盡快進(jìn)行下一層填筑。如時(shí)間太長(zhǎng)，灑水養(yǎng)生不到位時(shí)填筑層表面極易開裂，其表面會(huì)因失水發(fā)生掉層現(xiàn)象。

6填筑碾壓前、后的質(zhì)量控制

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)分為碾壓前檢測(cè)和碾壓完成后檢測(cè)兩個(gè)部分。檢測(cè)過程嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范規(guī)定的檢測(cè)頻率取樣檢測(cè)，填筑開始到檢測(cè)完成最遲不能超過6 h。檢測(cè)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

(1)改良土攤鋪碾壓前水泥劑量測(cè)試時(shí)的注意要點(diǎn)：首先，土樣需過2 mm篩(現(xiàn)場(chǎng)最容易忽略此步驟)，應(yīng)保證NH4CL溶液新鮮、未揮發(fā)，在滿足使用的前提下盡量少配置；其次，準(zhǔn)確稱量，攪拌時(shí)間和速度嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行；第三，應(yīng)注意試樣的PH值，鈣指示劑加入前應(yīng)用精密試紙測(cè)量，鈣指示劑加入搖勻后溶液顏色為玫瑰紅；最后，控制標(biāo)準(zhǔn)溶液滴入速度(溶液流入的同時(shí)輕輕晃動(dòng)錐形瓶，使標(biāo)準(zhǔn)溶液和試樣充分反應(yīng))，試樣顏色開始轉(zhuǎn)變時(shí)，迅速控制滴定管閥門、減小流速，當(dāng)顏色完全轉(zhuǎn)變?yōu)樘焖{(lán)色后立即關(guān)閉閥門，記錄EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量，查表得出水泥劑量。

(2)應(yīng)將碾壓現(xiàn)場(chǎng)水泥改良土的水泥劑量允許偏差與室內(nèi)試驗(yàn)配合比的外摻料劑量偏差控制在-0.5%～+1%。水泥劑量檢測(cè)合格后，應(yīng)按規(guī)范要求在已攤鋪好填料的現(xiàn)場(chǎng)取無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試樣，在室內(nèi)按要求的壓實(shí)密度成型，并按規(guī)定進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。必須在攤鋪好的現(xiàn)場(chǎng)取樣，成型試驗(yàn)和碾壓完成時(shí)間應(yīng)大致相同。

(3)記錄從攪拌開始到填筑完成試驗(yàn)所需的時(shí)間，以便通過延時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的最大干密度關(guān)系圖(圖1)查找相應(yīng)時(shí)間段對(duì)應(yīng)的最大干密度，用于控制現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)系數(shù)。對(duì)攪拌開始時(shí)間和試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)準(zhǔn)確記錄，并在試驗(yàn)記錄中標(biāo)明。

(4)改良土壓實(shí)后采用環(huán)刀法檢測(cè)時(shí)應(yīng)對(duì)環(huán)刀體積進(jìn)行校驗(yàn)。檢測(cè)壓實(shí)系數(shù)時(shí)，應(yīng)在土厚度1/2處取樣。過深，會(huì)造成數(shù)據(jù)偏小；過淺，可能會(huì)造成數(shù)據(jù)偏大。在中部取樣檢測(cè)更能真實(shí)反映填筑質(zhì)量。

(5)灌砂法檢測(cè)時(shí)，應(yīng)標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)砂密度。標(biāo)定時(shí)，砂在進(jìn)入容器時(shí)要?jiǎng)蛩伲苊庹饎?dòng)容器。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，試驗(yàn)坑要按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的直徑深度成型，周圍平整，深度至本層與下層的結(jié)合面。挖坑前，先定位放好基板，校準(zhǔn)檢測(cè)面，挖坑過程中，避免土樣散失。為保證標(biāo)準(zhǔn)砂勻速流入試坑，在灌砂過程中避免震動(dòng)。

(6)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)系數(shù)檢測(cè)方法的選擇應(yīng)符合規(guī)范要求，其原則為簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、高效。現(xiàn)場(chǎng)采用的具體方法需根據(jù)設(shè)計(jì)或業(yè)主要求決定。如無要求時(shí)則遵循上述原則。每個(gè)方法之間亦有不同的差別。目前工地試驗(yàn)室改良土壓實(shí)系數(shù)普遍采用的方法為環(huán)刀法和灌沙法。考慮到第三方檢測(cè)單位對(duì)改良土填筑壓實(shí)系數(shù)所采用的檢測(cè)方法與施工單位不一致的情況，施工單位工地試驗(yàn)室應(yīng)對(duì)不同方法檢測(cè)得到的壓實(shí)結(jié)果進(jìn)行匯總并比較分析，統(tǒng)計(jì)出固有的規(guī)律。在實(shí)際質(zhì)量控制中應(yīng)做到所得到的結(jié)果都能保證滿足不同的試驗(yàn)方法。這樣做的目的就是為了避免在出現(xiàn)兩個(gè)檢測(cè)方法時(shí)數(shù)據(jù)不統(tǒng)一而造成結(jié)果判定完全不同，對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生懷疑，甚至造成質(zhì)量事故。在沒有明確采用哪種方法時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中切記要進(jìn)行不同試驗(yàn)方法的比較，要以嚴(yán)、以高為較準(zhǔn)。

7結(jié)語(yǔ)

改良土質(zhì)量的控制首先是延時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)最大干密度關(guān)系的建立，相應(yīng)延時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的最大干密度是衡量現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)系數(shù)的依據(jù)，施工拌和中的質(zhì)量控制要點(diǎn)在于含水率必須滿足填筑要求、水泥劑量準(zhǔn)確、填筑時(shí)間合理。施工過程的質(zhì)量控制是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)芊駶M足要求的保證，必須有可靠

的檢測(cè)手段，檢測(cè)中對(duì)方法的選擇和注意事項(xiàng)要清晰，試驗(yàn)過程要嚴(yán)謹(jǐn)、方法兼顧到位。只有這樣，水泥改良土的改良效果才能充分發(fā)揮，質(zhì)量才能得到有力的保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，TB10751-2010[S].

[2]鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程，TB10751-2010[S].

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號(hào):TV4;TV541;TV523

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1001-2184(2016)03-0031-04

作者簡(jiǎn)介:

吳劍峰(1984-)，男，甘肅天水人，工程師，從事水利水電工程試驗(yàn)檢測(cè)工作；

湯婷(1988-)，女，四川廣元人，助理工程師，從事水利水電工程試驗(yàn)檢測(cè)工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)