淺談水泥改性土性質與時間的關系

陳克政 唐 愷 馬 瑞

一、工程概況

南水北調中線一期工程總干渠陶岔～沙河南（委托建管項目）方城段第三施工標段，起點設計樁號138+551～145+651，渠段長度為7.1km。該標段以半挖半填為主，土石方開挖約359.5萬m3，渠堤加高部分為“金包銀”。土石方填筑約113.3萬m3，其中水泥改性土回填約63萬m3。

二、問題的提出

該地區最典型的土質就是膨脹土。膨脹土是土中黏粒成分主要由親水性礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土，性質極不穩定，常使建筑物產生不均勻的豎向或水平的脹縮變形，造成位移、開裂、傾斜甚至破壞。根據相關設計要求，當土料的自由膨脹率為36%～45%時，按4%摻加水泥進行改性，該標段4%摻量水泥改性土的壓實度要求大于98%，水泥改性土的碾壓時間要求小于4h。

在該標段前期水泥改性土的碾壓試驗過程中，壓實度很難達到設計要求，超過一定的碾壓遍數后，壓實度逐漸降低，碾壓試驗結果見表1。

三、原因分析

經過試驗分析，該區段土的自由膨脹率為40.0%，粉粒含量64.4%，粘粒含量29.4%，土類定名為粉質壤土，不易碾壓密實；當摻加一定量的水泥后，土料中的粉粒含量增加，粘粒含量相對降低，土料為顆粒級配不良；并且當碾壓時間和擊實時間不同時，室內擊實試驗用土料沒有完全反應現場碾壓時的水泥改性土的情況，故壓實度很難達到設計要求。

根據改性土試驗技術要求“擊實試驗要在0.5～1.0h左右完成，超過1h的試驗應予作廢”；這個時間水泥的水化反應剛剛開始，擊實效果最佳，因此最大干密度也達到了最大值，但是在水泥改性土的填筑過程中，從拌和、運輸、整平、到碾壓完成在3～4h左右，用試驗技術所要求的試驗結果來控制現場壓實標準，與實際施工現場水泥拌和后延遲3～4h才碾壓完畢的情況不相符，導致壓實度達不到設計要求。

四、室內擊實試驗工藝調整

根據上述出現的情況，試驗室對水泥摻量4%的改性土擊實試驗過程進行了調整，配制不同含水率的素土樣浸潤靜置24h后，然后摻加4%的水泥延時2h、3h、4h進行輕型擊實試驗，試驗結果見表2。

由表2可以看出，隨著擊實延遲時間的增長，水泥改性土最大干密度在1h最大，之后隨著時間的增長而顯著降低；最優含水率則隨時間的增長而增大，2h試驗結果變化最大，4h后變化緩慢，該次試驗采用的宛北散裝P.O425水泥，初凝時間130min，終凝時間210min；上述結果反映出摻加水泥2h后的水泥正處于開始失去塑性時期，對土粒變化影響最大，最大干密度降至1.67g/cm3，最優含水率增至20.4%；碾壓試驗段的水泥改性土的摻量為4%，試驗得到的最大干密度是1.69g/cm3，最優含水率為18.1%，試驗時間為0.5～1h，現場碾壓試驗就是用這個數據控制的，依據此時段試驗結果確定的最大干密度標準進行控制，現場壓實度不易滿足設計要求。

若采用與現場相符合的4h延遲時間所得最大干密度1.66g/cm3來控制壓實度，檢測試驗數據見表3，可以看出強震10遍或弱震8遍的壓實度均能滿足設計要求。

水泥的初凝時間對水泥改性土的壓實也有顯著的影響，可使用初凝時間在4～6h的水泥進行水泥改性土的拌合施工。

表3可以看出強震12遍和弱8強6遍時的壓實度顯著降低，說明該土料不宜隨意增加碾壓遍數，以免出現過度碾壓，給改性土填筑質量帶來不利影響，在現場施工控制過程中亦應該嚴格控制碾壓遍數。

表1 水泥改性土碾壓試驗結果表

表2 土料延時擊實試驗成果表

表3 水泥改性土碾壓試驗成果表

表4 4%改性土削坡余料表

五、改性土削坡余料試驗

在施工過程中改性土鋪料時需要超填水平寬度不小于75cm，改性土削坡余料總量為88937.15m3，通過削坡余料室內試驗對改性土后期性質進行研究。室內試驗用料141+000～141+600段4%削坡余料，通過室內試驗確定4%削坡余料技術參數。按SL-237-1999方法進行擊實試驗，采用標準擊實儀輕型擊實法，單位體積擊實功能為592.2kJ/m3。

原改性土的土料料源來自渠道開挖，水泥參量為4%，改性前自由膨脹率為29%～58%改性后自由膨脹率為22%～29%，采用改性土拌和機（MWCB-400）進行拌制，拌合后土料的含水率為18.1%，最大干密度為1.69g/cm3。通過削坡余料室內試驗發現，改性土在數月后的改性土最大干密度1.64g/cm3＜1.69g/cm3，檢測試驗數據見表4，從后期削坡土的試驗進一步論證了時間與干密度的關系。

六、結論

試驗結果表明，水泥改性土隨擊實延遲時間的增長，最大干密度降低而最優含水率增加。因此，水泥改性土施工中，采用與現場碾壓時間不符的擊實試驗所獲得的最大干密度來控制壓實標準，將導致壓實度達不到設計要求，一味地增加碾壓遍數，反而造成壓實度逐漸降低。如果室內擊實試驗采用與現場相符合的碾壓時間進行，用相應的最大干密度作為控制壓實標準，較為科學合理，壓實度能夠滿足設計要求■