水泥改性土处理弱膨胀土的施工技术

水泥改性土处理弱膨胀土的施工技术

摘要：本文介绍了南水北调某膨胀土试验段工程弱膨胀土水泥改性土的主要试验方法与试验过程，对有关试验成果进行了分析研究，针对南水北调中线某段渠道弱膨胀土能否作为堤身填料这一问题，通过控制初始含水率、干密度对重塑弱膨胀土进行了室内试验研究，并讨论了水泥改性弱膨胀土胀缩性可行性，取得用以指导渠道换填弱膨胀水泥改性土施工的一些技术参数。 关键词：南水北调；弱膨胀土；水泥改性；施工 中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：

水泥改性土系指将具有一定自由膨胀率的天然土料，掺入一定比例的水泥（一般不大于8%），以改变其土料的膨胀特性。本技术要求适用于南水北调一期某膨胀土试验段工程的水泥改性土的生产及填筑质量控制；有关水泥改性土的拌制、储存、碾压施工技术要求见《南水北调中线一期总干渠渠道工程膨胀土处理施工技术要求》。

南水北调中线一期某膨胀土试验段工程是中线总干渠工程的一部分，全长2.05km，其中桩号100+500～101+850为弱膨胀土渠段，桩号101+850～102+550为中膨胀土渠段。渠道设计流量为340m3/s，加大流量为410m3/s，设计水深7.5m，加大水深8.23m。设计断面为半挖半填渠道和挖方渠道，采用梯形断面，纵坡比为1/25000，边坡系数1：2.0，渠底宽22m，最大挖深约19.2m，最大填高约5.5m。试验段布置有a级跨渠公路桥及公路-ⅱ级桥各1座。

1 水泥改性土技术要求

本工程所用的水泥改性土的改性材料应采用425普通硅酸盐水泥。由于其他方面原因需

要掺入添加剂或改用其他改性材料时需要通过专门论证确定。 本工程水泥改性土所用天然土料的自由膨胀率限制在21～65%范围内，自由膨胀率小于21%天然土料可按照设计要求直接采用、无需改性，自由膨胀率大于65%天然土料生产的改性土不允许用于本工程。

水泥改性土的水泥掺量根据天然土料膨胀特性经室内试验确定，选择改性土水泥掺量时不同自由膨胀率天然土料改性水泥掺量参考值见表1；水泥掺量按下值计算： gs=s×gc/(1+-0.25) 式中：gs — 水泥重量；

s— 水泥掺量百分比，根据被改性土的膨胀特性由表1确定； gc — 被改性土重量

— 被改性土改性拌和时含水量。

表1不同自由膨胀率天然土料改性土水泥掺量室内试验控制指标

2 试验目的

根据现场试验方案，将试验段划分为：填方试验区、弱膨胀土

挖方试验区和中膨胀土挖

方试验区。共分13个亚区，每个亚区长80～120m，根据试验目的布置不同的试验方案。渠坡处理试验方案采用有非膨胀土换填、水泥改性土换填、土工格栅膨胀土换填、土工袋膨胀土换填及砂砾料铺设等形式，研究适合膨胀土渠道开挖、回填碾压、地基处理的施工技术与工艺，确定影响施工质量的控制指标。

掺加一定比例的水泥对膨胀土进行改性是目前处理膨胀土的主要方法之一，水泥的掺入改变了膨胀土的结构和化学成分，从而改变了膨胀土的物理力学性质，通过水泥与膨胀土的离子交换及团粒化作用、硬凝反应及碳酸反应，可以有效地改良土的膨胀性。 按照试验研究要求和施工合同文件约定，选定试验段“填ⅱ区”至“临时蓄水池”之间的渠道场区内布置填筑碾压施工工艺试验场地，开展了弱膨胀水泥改性土土样击实、碾压遍数、弱膨胀土水泥改性拌和、利用料复核等施工工艺试验，并在边坡填筑试验场进行了渠坡换填弱膨胀水泥改性土施工工艺试验，取得用以指导渠道换填弱膨胀水泥改性土施工的填筑碾压施工参数。 3 水泥改性土处理膨胀土的主要试验 3.1 试验准备

首先在总干渠桩号z100+760～z101+110内布置试验场地，对场地进行清理和平整后，在其上摊铺一层厚约30cm的弱膨胀土垫层料做试验基层，并用20t振动平碾对其碾压10遍。每区试验面积均为6m×10m，试验场布置区的平整度不超过5cm。从渠道弱膨胀

土ⅲ区试验场开采试验土料，运至试验场堆土区，翻晒至最优含水率后备用。水泥采用复合硅酸盐水泥（p.c 32.5）。 3.2 弱膨胀土机械选型碾压试验

使用20t的凸块碾和20t汽胎碾，分别对铺填厚度为30cm，含水率约22%的弱膨胀土土料按照设计规定的碾压遍数（8遍）进行碾压试验。根据碾压后土料最大干密度大小确定最佳碾压机械，并用于后续试验中。试验结论如下：20t汽胎碾碾压区ⅱ-1-②试验块区的平均含水率为22.2%，平均干密度为1.47g/cm3；20t凸块碾碾压区ⅱ-1-①试验块区的平均含水率为21.5%，平均干密度为1.59g/cm3。此次试验检测成果表明，在同样的试验条件下，对同一种土料使用20t凸块碾进行压实的效果较好。 3.3 弱膨胀土水泥改性拌和工艺试验

对水泥掺量严格控制在4%、拌和前含水率严格控制在20.8%的弱膨胀土，使用路拌机分别拌和2~6遍后，在试验场区中部分别取样6个(每次拌和后的取样点在同一位置)，测定弱膨胀土水泥改性土中水泥掺量的均匀度。试验结果如下：弱膨胀土水泥改性工艺试验中，水泥在拌和2~3遍的均匀性较差；4~5遍拌和均匀性逐渐趋于稳定，拌和6遍的与标准曲线上的水泥剂量较接近，水泥剂量检测结果均大于设计掺和量。

3.4 渠坡换填弱膨胀土水泥改性土碾压机械选型工艺试验 对2组水泥掺量均严格控制在4%、采用设计要求的弱膨胀土土料分2个区铺土，2组试验使用路拌机分别拌和4遍、拌和3遍后

根据拌和前含水率，考虑两组试验4个百分点的含水率损失，对2组试验土料加水至水泥改性土设计要求的含水率范围内。测定2组3遍、4遍的弱膨胀土水泥改性土中水泥掺量的均匀度，4遍拌和全部完成后，用装载机将拌和完成后的土料铲至1：2的边坡填筑试验场。两组铺土厚度均为30cm，分别采用20t凸块碾和20t振动平碾对两组试验碾压8遍，测其含水率和水泥含量。试验结论如下：本次两组弱膨胀土水泥改性工艺试验中，水泥3遍拌和均匀性逐渐趋于稳定，拌和4遍的与标准曲线上的水泥剂量较接近，水泥剂量检测结果平均大于设计4%掺和量，碾压后水泥剂量检测结果偏小。碾压区弱膨胀土水泥改性土机械选型试验块区20t振动平碾碾压区的压实度为98%；20t凸块碾碾压区的压实度为96%。 3.5 弱膨胀水泥改性土利用料复核工艺试验

对水泥掺量严格控制在3%、采用设计要求的弱膨胀土土料铺土，试验使用路拌机拌和4遍，路拌过程中，考虑土料含水率的损失，对试验土料加水3~4个百分点。测定路拌4遍的弱膨胀水泥改性土中水泥掺量的均匀度；4遍拌和全部完成后，首先，将其中一半水泥土料用装载机运至1：2的边坡填筑试验场。铺土厚度为30±1cm，采用20t凸块碾碾压12遍，测其干密度、含水率﹑自由膨胀率﹑无荷载膨胀率。7d、14d﹑28d分别测其自由膨胀率﹑无荷载膨胀率。其次，另外一半水泥土料放置14d重新加水拌和。拌和全部完成后用装载机将土料铲至1：2的边坡填筑试验场。铺土厚度为30±1cm，采用20t凸块碾碾压12遍，测其干密度、含水率﹑自由膨胀率﹑

无荷载膨胀率，14d分别测其自由膨胀率﹑无荷载膨胀率。 试验结论如下：次弱膨胀水泥改性工艺试验中，路拌4遍后的试样测定的水泥剂量接近于设计要求的3%的水泥掺量。从检测的自由膨胀率和无荷载膨胀率结果看，本次弱膨胀土水泥改性试验已达到改性目的。弱膨胀土水泥改性土利用料试验块区碾压的平均干密度为1.60，压实度为96%；14d碾压的平均干密度为1.59，压实度为95%。