土壤破碎篩分裝置廠拌法改良膨脹土與傳統(tǒng)施工的差異

程浩林 姜富偉 李 廣

中國電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司 天津 310000

1 工藝原理

膨脹土的共性就是具備遇到水膨大、失水干裂，研發(fā)一種土壤破碎篩分機(jī)，通過運(yùn)用齒鼓式液壓碎土技術(shù)對(duì)土壤進(jìn)行削切、拋擊、擠壓，破碎、篩分等工序措施，解決了料進(jìn)入破碎倉，架空、堵塞現(xiàn)象，減少了二次破碎土料顆粒，合理以土料控制設(shè)計(jì)最優(yōu)含水率要求，并且使土樣細(xì)度模數(shù)滿足技術(shù)要求。然后在破碎的膨脹土樣中運(yùn)用廠拌法摻入適量的水泥通過拌和機(jī)充分摻拌，使其相互產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，改變膨脹土的力學(xué)性能，提高強(qiáng)度與穩(wěn)定性，使其膨脹性得以控制。碾壓后的換填層，膨脹土基礎(chǔ)將會(huì)與大氣形成隔離的作用，并發(fā)揮其吸收基面的膨脹潛能，利用原膨脹土基礎(chǔ)本身因含水量變動(dòng)而降低引發(fā)的脹縮應(yīng)力，從而避免膨脹土邊坡發(fā)生滑坡與失穩(wěn)。

2 工藝施工方法

施工工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程圖

2.1 施工準(zhǔn)備

組織專職技術(shù)人員熟悉設(shè)計(jì)圖紙等資料編制專項(xiàng)實(shí)施方案，配置滿足需求的施工作業(yè)人員及施工機(jī)械。

按照設(shè)計(jì)坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)渠道的沿線的坡底、轉(zhuǎn)角及坡頂?shù)冗M(jìn)行輪廓點(diǎn)放樣，以線訂樁并標(biāo)注土樣填土高度，依據(jù)設(shè)計(jì)邊坡進(jìn)行控制比例。在寬度放線外邊線要比設(shè)計(jì)超30cm，以確保邊線壓實(shí)度合格，每10m 布設(shè)一根基準(zhǔn)樁，并灑白灰線作為施工臨時(shí)線。施工期間要經(jīng)常對(duì)控制點(diǎn)復(fù)測(cè)與保護(hù)，及時(shí)對(duì)破壞的控制點(diǎn)與樁點(diǎn)進(jìn)行恢復(fù)。

2.2 保護(hù)層開挖及清基

依據(jù)坐標(biāo)放樣開挖邊線，對(duì)填筑坡面及平臺(tái)的浮土清理，連同地表的積水一同抽排潔凈，確保填筑面清潔無水。邊坡水泥改性土換填先利用挖掘機(jī)對(duì)多余土方剝離開挖，為防止坡面長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)吹與日曬，在開挖坡面時(shí)依據(jù)設(shè)計(jì)開挖輪廓預(yù)留15cm 保護(hù)層，以此定樁、定高、掛線等工序施工，掛線必須將線拉緊，同時(shí)盡可能保持坡面平整。坡面預(yù)留保護(hù)層應(yīng)在邊坡水泥改性土換填時(shí)隨分層臺(tái)階開挖一并挖除。在開挖接近設(shè)計(jì)基面及坡面時(shí)，利用人工聯(lián)合挖掘機(jī)（焊接鋼板）緩慢精細(xì)找平，保護(hù)原狀土不受擾動(dòng)，嚴(yán)禁超挖，基面采用壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)度控制不小于0.95，表面平整度不超過±5cm。

建基面開挖完成后，進(jìn)行邊線及高程復(fù)核，上報(bào)測(cè)量成果報(bào)驗(yàn)?；孢吘€、樁號(hào)、壓實(shí)度及高程等經(jīng)過“三檢制”檢測(cè)合格，填寫單元工程質(zhì)量評(píng)定表，報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師復(fù)核。組織聯(lián)合驗(yàn)收小組重要隱蔽工程驗(yàn)收合格后方可下一道工序施工。

2.3 坡內(nèi)滲排水布置

渠道坡內(nèi)排水盲溝開挖與保護(hù)層開挖同步施工，盲溝采用高強(qiáng)內(nèi)支撐盲管，外包200g/ m2聚丙烯長(zhǎng)絲土工布，坡面上盲溝呈Y 型布置。坡內(nèi)縱向?qū)B盲溝采用直徑200mm 盲管、順坡向排水盲溝采用直徑150mm 盲管，盲溝內(nèi)填材料均為中粗砂。

人工配合挖掘機(jī)共同開挖排水盲溝，對(duì)開挖的溝槽要做好防水、排水措施，避免溝底水浸破壞，盡量縮短盲溝的暴曬時(shí)間。在溝槽開挖將達(dá)到設(shè)計(jì)高程時(shí)，應(yīng)采用人工進(jìn)行開挖至設(shè)計(jì)高程，嚴(yán)禁擾動(dòng)槽底，在溝底鋪筑5～8cm中粗砂精平，然后將包裹好土工布的盲管敷設(shè)于溝槽中間位置，土工布縫接寬度不小于10cm，盲管敷設(shè)完成后采用中粗砂填平溝槽。

2.4 土料翻曬、破碎

在水泥土拌合生產(chǎn)區(qū)域合理規(guī)劃了存土翻曬區(qū)，備土通過pc225 挖掘機(jī)配合8t 自卸車將土料運(yùn)至翻曬區(qū)，然后使用挖掘機(jī)、旋耕犁等設(shè)備攤鋪、打梗、翻曬，使土料含水率控制在±18%。含水率檢測(cè)合格后經(jīng)過運(yùn)輸至水泥改性土拌合站開始破碎。

素土運(yùn)輸?shù)桨韬险竞螅ㄟ^運(yùn)用齒鼓式液壓碎土技術(shù)對(duì)土壤進(jìn)行削切、拋擊、擠壓，破碎、篩分等工序措施，解決了料進(jìn)入破碎倉，架空、堵塞現(xiàn)象，減少了二次破碎土料顆粒，合理以土料控制設(shè)計(jì)最優(yōu)含水率要求，減少了翻曬及破碎土料的時(shí)間周期。而且增加5cm 篩分網(wǎng)，在生產(chǎn)試驗(yàn)和篩分檢測(cè)下土料粒徑檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)碎土粒徑合格率100%，使土樣細(xì)度模數(shù)滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。土料破碎后試驗(yàn)室在拌合機(jī)土料上料口處抽取5kg 破碎后土料采用篩分法檢測(cè)碎土粒徑，檢測(cè)合格后方可使用。碎土粒徑不滿足要求時(shí)應(yīng)重新破碎，直至符合設(shè)計(jì)要求。

2.5 水泥改性土拌和

在每一倉水泥土改性土開倉前，首先由試驗(yàn)室在備料區(qū)抽取擬使用的土料2 組檢測(cè)含水率，然后依檢測(cè)含水率的最小值計(jì)算水泥及拌合水的用量，確定水泥改性土的配合比，并經(jīng)監(jiān)理單位審核，最后將審核合格的交底技術(shù)部與現(xiàn)場(chǎng)拌合。水泥改性土水泥摻量使用干土：水泥=100∶4，水泥改性土拌合每100kg 土料內(nèi)水泥摻量及加水量計(jì)算公式如下：

每100kg 土料摻入水泥質(zhì)量=100/ （1+ 土料含水量）×4%

每100kg 土料加入水的質(zhì)量= [100/ （1+ 土料含水量）+ 水泥摻量]×最優(yōu)含水率-（100-干土質(zhì)量）

若在土料拌合過程中含水率發(fā)生明顯變化必須再次檢測(cè)土料含水率，并調(diào)整配合比。拌合站稱重系統(tǒng)依水泥改性土配合比通知單的比例參數(shù)自動(dòng)控制土料、水泥和水的摻和量。

土料拌制完成后，在拌合機(jī)出機(jī)口處抽取拌合料檢測(cè)水泥劑量。水泥改性土日產(chǎn)量按每600m3檢測(cè)不少于5個(gè)樣（每個(gè)樣不小于300g），日計(jì)劃產(chǎn)量不足600m3時(shí)也不少于5 個(gè)樣，依據(jù)每天計(jì)劃產(chǎn)量確定水泥劑量檢測(cè)數(shù)量，由此確定水泥劑量檢測(cè)間隔時(shí)間，水泥劑量檢測(cè)結(jié)果計(jì)算拌合均勻度，確保水泥劑量檢測(cè)按水泥改性土產(chǎn)量分布均勻。水泥摻入劑量檢測(cè)平均值不得小于4%，并且其標(biāo)準(zhǔn)差不大于0.8。

拌和料含水率應(yīng)在最優(yōu)含水率1%～3%內(nèi)控制，應(yīng)充分考慮運(yùn)距、天氣、晝夜施工等各方面因素對(duì)含水率取值的影響。每倉拌合的第一倉料必須檢測(cè)拌合料含水率，檢測(cè)含水率合格后可正常拌合施工，施工過程中同樣應(yīng)加強(qiáng)拌合料含水率檢測(cè)。水泥劑量和含水率檢測(cè)不合格的拌合料嚴(yán)禁使用，依據(jù)水泥劑量和含水率檢測(cè)值計(jì)算水泥用量和加水量后重新進(jìn)行拌和后合格后使用，或者做廢料處理。拌合料通過8t 自卸車全程覆蓋氈布運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，避免水泥改性土水分蒸發(fā)。

2.6 攤鋪碾壓與削坡

2.6.1 攤鋪碾壓

拌合料上料運(yùn)用自卸車后退施工，挖掘機(jī)大面積攤鋪與整平，對(duì)于局部機(jī)械無法平整側(cè)有人工配合補(bǔ)料平整，在攤鋪土料時(shí)邊線要比設(shè)計(jì)超出不少于30cm，過程要精確計(jì)算上料方量，嚴(yán)格把好攤鋪工序質(zhì)量關(guān)，利用鋼筋釬插扎控制厚度，保證鋪土厚度均勻。拌合料使用推土機(jī)與人工之間配合精確整平，過程中土料攤鋪虛鋪厚度控制為30cm，允許偏差為- 5～0cm，攤鋪后表面平整度不超過±5cm。攤鋪土料遇到雨季天氣變化或隔夜未施工完成時(shí)，及時(shí)將攤鋪水泥改性土碾壓密實(shí)，并對(duì)場(chǎng)地防護(hù)覆蓋。

2.6.2 削坡

換填完成水泥改性土后，挖掘機(jī)與人工相互配合進(jìn)行削坡。自上而下順坡按照測(cè)量人員放樣放線垂直于渠道軸線方向，向經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)械操作手交底進(jìn)行邊坡削坡。為了減少拌合料的浪費(fèi)，將修坡及削坡余料得到充分再利用，將削坡土料從上集于坡腳，然后通過挖掘機(jī)集中裝運(yùn)至拌合場(chǎng)，根據(jù)有關(guān)技術(shù)要求再次充分拌合，將其使用在允許的部位。削坡時(shí)應(yīng)預(yù)留10cm 的保護(hù)層，防止長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)吹與日曬，為了邊坡坡面的表面平整，應(yīng)在挖掘機(jī)斗齒上焊一塊厚約2cm，寬約17cm，長(zhǎng)度與挖掘機(jī)斗同寬的鋼板，前緣超出斗齒約1cm，作為削坡“刮板”。刮坡時(shí)應(yīng)與渠道軸線方向垂直，自上而下隨坡將預(yù)留的刮除保護(hù)層，坡面遺留的松土由人工隨機(jī)械清至挖掘機(jī)周邊攏堆。每隔5m 為一斷面在坡面釘設(shè)木樁，依據(jù)測(cè)量放樣坡度在樁上固定高程，并在每個(gè)樁上掛線，順線適當(dāng)進(jìn)行釘樁加密，人工坡面整理，直至坡面平整度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.6.3 養(yǎng)生

當(dāng)分層連續(xù)碾壓至設(shè)計(jì)高程后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)2～3天，表面攤鋪一層素土覆蓋配合養(yǎng)生，避免水泥土表面因失水而發(fā)生干裂、砂化。配備專用灑水車隨時(shí)檢查水泥土的表面養(yǎng)護(hù)情況，及時(shí)補(bǔ)充散失的水分，嚴(yán)禁養(yǎng)生期期間禁止通行。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

通過運(yùn)用齒鼓式液壓碎土技術(shù)對(duì)土壤進(jìn)行削切、拋擊、擠壓，破碎、篩分等工序措施，解決了料進(jìn)入破碎倉，架空、堵塞現(xiàn)象，減少了二次破碎土料顆粒，合理以土料控制設(shè)計(jì)最優(yōu)含水率要求，減少了翻曬及破碎土料的時(shí)間周期。通過篩分檢測(cè)土料粒徑檢測(cè)結(jié)果合格率達(dá)100%，使土樣細(xì)度模數(shù)以及滲透系數(shù)要小于1×10- 5cm/ s 滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

引江濟(jì)淮渠道邊坡實(shí)行水泥改性土換填，通過土料破碎篩分設(shè)備實(shí)行廠拌法，相較于傳統(tǒng)的路拌法施工技術(shù)工效及產(chǎn)能較高、程序簡(jiǎn)單、水泥土的均勻性較好，環(huán)保效果顯著，便于較大規(guī)模工程的改性土換填施工，高效的實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度目標(biāo)，確保了項(xiàng)目的良好履約。適用于保護(hù)膨脹土地區(qū)引水渠道邊坡的穩(wěn)定，破碎的膨脹土樣運(yùn)用廠拌法摻入適量的水泥通過拌和機(jī)充分摻拌，改良膨脹土的結(jié)構(gòu)與性能。在巖土工程領(lǐng)域中，膨脹土改良施工技術(shù)不斷進(jìn)行改革及創(chuàng)新，應(yīng)用前景廣闊。