水泥改性土換填施工技術在南水北調中線工程中的應用

鞏云濤

摘 要：膨脹土因其特殊的工程特性對工程危害極大，對膨脹土段渠道進行換填是工程主要處理措施之一。本文就南水北調中線工程一期工程總干渠陶岔～沙河南（委托建管項目）南陽段第三施工標段膨脹巖換填水泥改性土施工為例，對水泥改性土填筑的控制指標、施工工藝、實驗檢測和質量控制等作簡要總結。

關鍵詞：南水北調；膨脹巖；水泥改性土；施工技術

1 項目概況

南水北調中線工程一期工程總干渠陶岔～沙河南（委托建管項目）南陽段第三施工標段工程位于河南省南陽市境內，本標段為南陽段第三施工標段，樁號：SH（3）29+500-SH（3）35+800，全長為6300m。標段內共有各類建筑物11座，其中左岸排水倒虹吸3座，渠渠交叉2座，公路橋4座，生產橋2座。

主要工程量包括：土石方開挖362萬立方米、土石方填筑142萬立方米，混凝土7.5萬立方米，砌石3.83萬立方米、砂石墊層15.12萬立方米、鋼筋制安2316.07t。

2 渠道膨脹巖分布情況及設計處理方案

2.1 膨脹巖分布情況

本標段渠道全長6300m，膨脹巖渠段累計長度5925m，其中中膨脹累計長度4500m，弱膨脹累計長度1425m，膨脹巖共分為9個設計段。

2.2 設計處理方案

設計處理方案為換填+排水措施。

換填措施：弱膨脹渠段垂直換填厚度1m；中膨脹渠段垂直換填厚度2m。換填土料自由膨脹率<20%直接回填；>20%改性后回填。本標段換填總量約79萬立方米，根據土料自由膨脹率情況，改性土換填工程量約36萬立方米。

排水措施：本標段地下水位均高于渠底3m以上，采用2#排水方案，即在換填土與膨脹巖渠基之間設置一套排水系統，地下水通過逆止一調排到渠道內。

3 水泥改性土材料及施工控制指標

3.1 選用材料

（1）水泥：選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥材料應滿足相關標準要求；（2）土料：改性土用的土料除滿足總干渠填筑用土標準：粘粒含量宜為10%～30%，塑性指數宜為7～17，有機質含量不大于5%，水溶鹽含量不大于3%，不宜用膨脹巖土。粒徑不大于50mm，且不含雜質外，自由膨脹率（一般）在20%～65%范圍內。（3）水泥摻量：4%（重量比）。

3.2 施工控制指標

（1）設計壓實度≥98%；（2）改性土拌和均勻性，采用水泥含量標準差進行控制，用EDTA滴定法測定水泥含量，平均值不得小于設計摻量，水泥含量標準差不大于0.7。檢測頻率及數量每拌和場次不大于600cm3抽測不少于6個樣（每個樣品重量不少于300g）。

4 碾壓試驗

4.1 確定最大干密度和最佳含水率

根據南水北調中線一期工程總干渠專用技術標準《南水北調中線一期工程總干渠渠道水泥改性土施工技術規定》（NSBD-ZGJ-1-37）的規定，水泥改性土的最大干密度根據下式確定：

γ=max（γs，1.02γ6）

γs――標準擊實試驗最大干密度；

γ6――最優含水量下20t凸塊振動碾振動碾壓6遍對應的干密度。

最優含水率采用小值平均值作為使用值，最大干密度采用大值平均值作為使用值。

室內標準擊實8個最大干密度的大值平均值為1.78g/cm3，最優含水率小值平均值為16.9%；現場振動碾壓6遍后6個干密度的大值平均值γ6為1.75g/cm3，1.02γ6為1.78g/cm3。故石河右岸土料水泥改性土的最大干密度為1.78g/cm3，最優含水率為16.9%。

室內標準擊實8個最大干密度的大值平均值為1.73g/cm3，最優含水率小值平均值為16.6%；現場振動碾壓6遍后6個干密度的大值平均值γ6為1.68g/cm3，1.02γ6為1.71g/cm3。故石河左岸土料水泥改性土的最大干密度為1.73g/cm3，最優含水率為16.6%。

4.2 生產性碾壓試驗

現場生產性碾壓試驗參數：

（1）鋪土厚度：25cm、30cm、35cm；

（2）含水率：最優、最優+1%、最優+3%；

（3）碾壓遍數：6遍、8遍、10遍、12遍（前2遍靜壓），碾壓設備為20t凸塊振動碾。

5 改性土施工

5.1 土料翻曬

水泥改性土原土含水率一般控制在最優含水率+1%～+3%，含水量如果偏小，可通過拌和機加水，含水量如果偏大，則需對土料進行翻曬，對原土翻曬主要在料場和堆土場進行。（1）料場翻曬，一般在雨季過后料場土料的含水量很高，可采用在現場用挖機先將土堆成帶狀土堆，待含水率合適時再挖運至拌和站堆土場。（2）堆土場翻曬，堆土場翻曬是主要的翻曬方法，堆土場較大的采用旋耕扒進行翻犁，場地小的可用挖機進行翻曬。

5.2 碎土

碎土作業在拌和場內采用YST-600型液壓碎土機進行，土料含水率盡量控制在破碎最優含水率（15%～18%）范圍內，保證土料破碎效率接近理論生產效率600t/h。破碎采用裝載機喂料，然后通過碎土機液壓驅動，經高速旋轉的合金破碎頭對土壤進行切削、拋甩、拍擊、擠壓破碎后，使土料粒徑滿足有關技術要求，10c～5cm粒徑含量不大于5%，5cm～5mm粒徑含量不大于50%。

5.3 拌和

水泥改性土拌和采用WCB-600型穩定土攪拌站，理論產量600t/h。土料破碎后，依據試驗室下達的《水泥改性土拌制配料單》，初設水泥改性土拌合站拌合參數，并通過滴定試驗調整；水泥劑量達到要求并穩定后才能批量生產，生產過程中每600m3抽測6個樣、跟蹤檢測水泥劑量的均勻性、標準差。水泥改性土拌合時最優含水率為填筑最優含水率加1～3個百分點，應根據施工季節溫度、風力等調整。

5.4 輸、攤鋪、碾壓

改性土從拌合到碾壓完成不超過4小時，碾壓完成4小時內完成壓實度檢測，8小時內完成上層土覆蓋，不能及時跟進的，對填筑面和建基面做好防雨和保濕等保護措施，并防止大型施工設備在其上行駛；渠底換填成型后，覆蓋30cm厚的素土，避免碾壓完成的水泥改性土直接與外界接觸。水泥改性土運輸采用15t自卸汽車，進占法卸料，攤鋪采用推土機或挖機，碾壓采用20t凸塊振動碾。填筑分段分塊進行，一般分段長度控制在40m～60m，鋪料寬度在8m～10m時開始碾壓，碾壓完成后立即進行壓實度檢測。

5.5 壓實度檢測

水泥改性土壓實度采用灌沙法檢測，取樣頻率為1次/（100m3～200m3），且每層不少于3個點。因其干密度具有隨時間衰減的特性，檢測應控制在碾壓完成后4小時內完成。

6 質量控制要點

（1）碎土前土料含水率控制，控制好土料的含水率是水泥改性土生產的關鍵，如果含水率偏大，一是碎土機效率降低，二是碎好的土容易再次結塊，造成大顆粒多，水泥摻量不均勻，碾壓不實。根據實際施工經驗總結得出，將碎土前土料含水率控制在最優含水率附近，拌和時再加水3個百分點，生產效率和質量均能達到很好的效果。（2）層間結合面的處理，水泥土碾壓并完成壓實度檢測后，應立即進行下一層填筑，如果不能立即進行填筑的場面，應采取灑水或覆蓋養護，再次上土前應灑水將結合面充分濕潤，不能出現干土層。（3）岸坡及排水管周邊處理，岸坡及排水管周邊機械碾壓不到的部位，采用打夯機分兩層進行夯實，確保各部位壓實度均能達到設計要求。

參考文獻：

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