水泥改性土在膨脹土治理中的應用

金焰，儲龍勝

（1.安徽水利開發有限公司，安徽 蚌埠 233001；2.中水淮河安徽恒信工程咨詢有限公司，安徽 蚌埠 233001）

1 工程概況

引江濟淮工程（安徽段）引江濟巢段小合分線施工Y003 標工程，從杭埠河倒虹吸至派河口泵站段，樁號6+156～20+848，長14.692km，其中膨脹土邊坡治理范圍為：樁號11+554.4～13+994.1、樁號15+648.9～19+855.9，兩段總長6596.7m。

根據地勘報告，在土分布有⑤層重、中粉質壤土，具有弱或中膨脹性，需進行換填處理措施。即表層換填4%的水泥改性土覆蓋，對弱膨脹土表面換填垂直于坡面厚度1.0m 的水泥改性土（樁號11+554.4～12+700、樁號15+648.9～16+600 段），對中膨脹土表面換填垂直于坡面厚度為1.5m 的水泥改性土（樁號12+700～13+994、樁號16+600～19+855 段）。

新開挖河床的底部為膨脹土層，則將基腳8m范圍內的河底膨脹土挖除，換填4%水泥改性土，深度1.5m，外側開挖邊坡1∶2，以保證坡腳穩定。

2 水泥改性土工藝試驗

2.1 試驗材料選擇

2.1.1 土料

本工程水泥改性土選用弱膨脹土進行換填，其自由膨脹率應＜65%（優先采用＜40%的非膨脹土）。最大粒徑≤10cm，10～5cm 粒徑含量≤5%，5～1cm粒徑含量≤40%。

2.1.2 水泥

本工程選用P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥重量摻入比4%（水泥∶干土重=4∶96）。均勻度≤0.8，回填壓實度≥0.96（輕型擊實），滲透系數≤1×10-5cm/s，檢測指標均滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）要求。拌合合格的水泥改性土料，從加水拌合開始到碾壓結束的延續時間，不應超過4h。

2.2 試驗場地規劃

工藝性試驗的碾壓場地定在樁號10+500 的左岸管護道路處，依據《堤防工程施工規范》（SL260-2014）規定：碾壓試驗的場地面積不得小于20m×30m，因此本次試驗劃分了4 個10m×15m的試驗小塊。工藝性試驗場地布置為12m×70m，在內部設置4 個小區分別為N1～N4，每個小區為10m×15m，同時把各個區的邊線引出，為第二層土料鋪設提供條件，具體分區見圖1。

圖1 水泥改性土試驗場地布置圖

工藝性試驗填筑2 層。第一層針對同一鋪土厚度，不同的含水率分別進行碾壓試驗，確定經濟合理的碾壓方式和碾壓遍數。第二層針對相同的含水量和不同的鋪筑厚度進行碾壓試驗，確定合理的松鋪厚度和碾壓方式。

第一層，N1鋪設較最優含水率低1%～2%（現場實際為12.2%～12.8%）的改性土料，N2、N3鋪設最優含水率（現場實際為14.2%～14.8%）的改性土料，N4鋪設較最優含水率高1%～3%（現場實際為15.5%～17.3%）的改性土料。四個小區的厚度、土質均相同。

第二層，N1、N2區鋪筑30cm 厚的松土，N3、N4區鋪筑35cm 后的松土，土質和含水量均相同，碾壓達到設計壓實度后的碾壓遍數和碾壓方式，并測定合理的松鋪厚度。

2.3 工藝試驗流程

土料選取→土料含水率檢測→翻曬、碎土→土料粒徑、含水率檢測→改性土拌制（水量控制、中間產品檢測）→運輸→攤鋪（含水率檢測）→碾壓→取樣試驗。

2.4 試驗結果分析

通過水泥改性土換填工藝性試驗，試驗結果如圖2 所示。水泥改性土在最優含水率-2%～3%（實際數值12.2%～17.3%）范圍內，土料壓實后均能達到設計壓實度要求，實際施工按照控制值16.0%進行控制。綜合考慮《引江濟淮工程技術標準和要求》、松鋪系數、運輸、拌合過程中水分流失及碾壓試驗，本工程水泥改性土含水率選在最優含水率1%～3%范圍內碾壓，碾壓遍數為靜2 振5，松鋪土料30cm，采用單鋼輪振動碾（22t）先靜后振，控制速度為2.0～3.0km/h。

圖2 碾壓遍數與壓實度關系圖

3 現場施工方法

3.1 水泥改性土換填施工

3.1.1 保護層清理及隱蔽工程驗收

（1）保護層清理

土方開挖過程中預留30～50cm 保護層，驗收之前采用小型挖掘機集中挖除，以免擾動原狀土。清理后的基面平順，無臺階、急劇變坡及反坡，護底寬度不小于設計寬度，坡面邊坡不陡于設計邊坡。回填范圍內的坑洞、溝槽應處理完畢，護底采用壓路機壓實，壓實度不小于填筑土料壓實度。

（2）測量放線

保護層清理完畢并壓實后，嚴格按照施工圖紙放樣，做好邊樁、填土高度、邊坡坡比控制等。測量人員在護底及管護道路放線時，每側比設計寬度超寬30cm，以保證邊緣壓實度，每20m 設置一根基準樁，并灑上白灰線。護坡放線時，按照設計的坐標每20m 定好坡腳及坡頂坐標，以保證回填時的超填寬度。施工期間應經常對控制點進行復測，施工過程中，應保護好所有控制樁點，及時恢復被破壞的樁點。

（3）隱蔽工程驗收

保護層開挖及放樣結束后，經三檢制自檢合格，報請監理單位驗收，合格后報請隱蔽工程驗收。基面驗收合格后，立即組織進行水泥改性土換填工作。

3.1.2 土料開采運輸

土料開采運輸包括選土、試驗檢測等。根據地勘報告，樁號11+056～12+556 段和樁號18+000～19+180 段的土為弱膨脹土和非膨脹土，可作為水泥改性土換填使用。此段開挖的部分土料堆置于水泥改性土臨時堆土區，并按開挖方量和土性進行送樣檢測。經檢測合格并上報監理單位審核后，方可用于水泥改性土換填工作。

3.1.3 翻曬、碎土

由于前期河道開挖的土料含水率較高，不利于土料破碎，為保證土料粒徑滿足設計要求，必須在備土區對土料進行翻曬以降低含水率，為便于破碎，素土含水率應控制在18%左右。

為提高翻曬效率、加快土料含水率降低的速度，采用鐵犁、旋耕機進行翻曬試驗，旋耕機不僅能快速降低土料含水率，且具有一定的碎土功能。碎土后的粒徑能滿足設計要求。在進行碎土施工前，需現場進行碎土工藝試驗。然后采用篩分法檢測碎土級配，根據試驗結果調整碎土機控制參數，確保土塊粒徑不大于10cm，其中10～5cm 粒徑含量不大于5%，5～1cm 粒徑含量不大于40%。

3.1.4 水泥改性土拌制

所需利用的土料碎土完成并經試驗合格后，直接上料拌合，不能直接上料時，堆置在土料倉。拌合之前，選取土樣進行含水量檢測，計算水泥用量和拌合加水量。

水泥改性土拌合采用WDB600 集料拌合機拌合。將已破碎好的改性土料用裝載機裝入料斗，通過皮帶機直接將碎好的土輸送到集料拌合機的進料倉，根據土料含水率計算出水泥用量和加水量，自動控制加水泥和水。將碎土料和水泥料輸入拌合機摻拌，摻拌均勻后，取樣做含水率和均勻性試驗，檢測合格后由自卸車運至施工現場進行填筑碾壓，檢測不合格的混凝土料嚴禁運至填筑作業面，經重新拌合、檢測合格后方可使用或作為廢料處理。拌合后的拌合料水泥劑量不小于4%，水泥含量標準差不大于0.8，含水率應滿足最優含水率1%～3%。

為保證水泥改性土灰劑量滿足“平均值不小于設計摻量（4%），水泥含量標準差≤0.8”的要求，施工初期當拌合不大于600m3水泥改性土時，抽檢樣為5～10 個（每個樣品重量不少于300g），水泥劑量采用EDTA 滴定法測定，每次檢測的水泥劑量均要滿足設計要求，水泥含量標準差不大于0.8。施工中后期生產穩定后，可視情況適當減少檢測頻率。

3.1.5 攤鋪

采用“算方上料、鋪平把關、插桿檢查”的方法，以保證鋪土厚度均勻。拌合好的改性土混合料采用自卸車運輸至施工現場，采用挖掘機進行粗平攤鋪，人工配合推土機精平。攤鋪厚度不大于30cm，用鋼筋釬插扎控制厚度，允許偏差為-5～0cm，攤鋪表面平整度不超過5cm。攤鋪土料每邊比設計寬出不少于30cm。

水泥改性土混合料含水率控制在最優含水率1%～3%的范圍內。水泥改性土換填過程中，從加水拌合開始到碾壓結束的延續時間，不應超過4h。

3.1.6 整形碾壓

根據工藝性試驗總結報告要求，最低碾壓遍數不得少于7 遍（靜2 振5）。水泥改性土碾壓分三步進行。首先初壓，采用22t 單鋼輪壓路機壓實靜壓1 遍，確保水泥改性土表面平整；振壓5 遍，最后靜壓1 遍控制，直至壓實度達到設計要求為準。碾壓采用進退錯距法進行，行車速度2.0～3.0km/h，相鄰碾跡的搭接寬度不小于50cm，作業時由中央向兩側碾壓。進退壓完全寬時，即為一遍。碾壓一直進行到要求的密實度為止，最后用靜壓穩定及刨毛。壓路機的碾壓速度，頭兩遍采用1.5～1.7km/h 為宜，兩側應多壓2～3 遍。

碾壓過程中如有彈簧土、松散土、起皮現象，應及時翻開重新鋪填碾壓并檢測合格。遇天氣變化或隔夜施工時，要采用防雨布對未及時碾壓的場地進行覆蓋。

3.1.7 試驗檢測

（1）含水率檢測：拌合后的混合料碾壓之前，均由工地試驗室人員測定其含水量，保證碾壓時的含水率滿足要求。

（2）EDTA 檢測：設計水泥摻量為4%，水泥∶土=4∶96。改性土拌合時采用自動計量，控制水泥摻量，現場試驗人員分別在拌合站出料口取樣做灰劑量試驗，滿足設計要求后方能運至施工現場。

（3）壓實度檢測：水泥改性土按壓實程序碾壓完成后，由試驗人員采用環刀取樣，取樣應具有代表性，取樣部位在壓實層下部1/3 處，下部1/3 處厚度不足環刀高度時，以環刀底面達下層頂面時環刀取滿土為準。每層取樣數量為100～150m3取樣一個點，至少應有三個點。環刀取樣后通過室內土工試驗測定含水率并計算干密度及壓實度。壓實度檢測合格后方可進行下一層水泥改性土填筑施工。

3.2 相鄰段搭接

相鄰施工段作業面宜均衡上升，若段與段之間不可避免出現高差時，應與斜坡面相接，坡度不陡于1∶2～1∶2.5。邊坡與坡頂及平臺交接處，應以斜坡面相接，坡度按1∶3 控制，便于攤鋪碾壓，并確保上下填筑層分段位置錯開。

3.3 養護

水泥改性土在分層填筑上升過程中，為做到處理層與邊坡更好地結合，應及時對填筑面及填筑邊坡進行灑水，灑水要結合面層土的含水率及干燥程度進行控制。施工至設計高程后，在填料表面及時覆蓋土工布或攤鋪一層素土養護，養護時間不少于7d。

4 結語

引江濟淮工程（安徽段）引江濟巢段小合分線邊坡膨脹土通過換填水泥改性土，邊坡觀測穩定，無滑坡等現象，起到了較好的防護效果■