南水北調(diào)中線磁縣段水泥改性土施工質(zhì)量控制

金泰植，鄭永清

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

膨脹土是一種特殊性質(zhì)的高塑性黏質(zhì)土，富含蒙脫石、伊利石、高嶺石等礦物成分，具有顯著的吸水膨脹、失水收縮、裂隙性、超固結(jié)和反復(fù)脹縮等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定，處理起來(lái)技術(shù)難度和投資都比較大，其施工質(zhì)量控制是南水北調(diào)中線工程面臨的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。

南水北調(diào)中線磁縣干渠工程第3施工標(biāo)段總長(zhǎng)11 km，膨脹土達(dá)7.7 km，其中強(qiáng)膨脹土4.37 km、中膨脹土1.66 km、弱膨脹土1.67 km。渠道設(shè)計(jì)橫斷面為梯形斷面，分全挖、全填、半挖半填3種形式，其中全挖段長(zhǎng)2.436 km、全填段長(zhǎng)1.590 km、半挖半填段長(zhǎng)6.550 km。膨脹土換填設(shè)計(jì)總量151.2萬(wàn)m3，其中改性土換填總量為85萬(wàn)m3，水泥改性土拌制采用廠拌。

1 改性土攪拌站

拌和機(jī)3套，為MWBG700Ⅰ型，設(shè)計(jì)功率700t/h，由集料系統(tǒng)、計(jì)量傳送系統(tǒng)、拌制系統(tǒng)、水泥罐體四部分組成，24 h滿負(fù)荷產(chǎn)量3 000 m3。碎土機(jī)5臺(tái)，為YST600A型，加設(shè)28 mm篩網(wǎng)，保證土料顆粒小于5 cm，24 h滿負(fù)荷產(chǎn)量1 000 m3/臺(tái)；5臺(tái)碎土機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)可供2套拌和機(jī)正常運(yùn)行。

2 土料

分層開采，每3 m一層，通過(guò)試驗(yàn)確定3 m內(nèi)土樣混合料的自由膨脹率是否滿足改性條件，不滿足則撇除。頂層3 m取土完畢后，進(jìn)行下層3 m深度的土料試驗(yàn)。每600 m3為一檢測(cè)單元（L20m×W10m×H3m），每個(gè)檢測(cè)單元取7個(gè)探孔，孔深3m，每個(gè)探孔3 m混合料作為1組土樣，共7組。膨脹率極值小于60%且平均值在55%之內(nèi)視為合格；自由膨脹率平均值大于55%的重新選定取土部位。

3 水泥

所用水泥為PO42.5普通硅酸鹽水泥。試驗(yàn)選定水泥摻量為4%，采用EDTA滴定試驗(yàn)，測(cè)定水泥含量平均值不小于設(shè)計(jì)摻灰量，標(biāo)準(zhǔn)差不大于0.7。

4 水

水泥改性土拌和采用飲用水。

5 最大干密度

選取有代表性的土料，根據(jù)不同的料源及水泥摻量的水泥改性土分別進(jìn)行室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，并確定水泥改性土的最優(yōu)含水率及最大干密度。

式中：β為根據(jù)工程需要設(shè)計(jì)的改性土壓密度。

式中：ys為標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)最大干密度；y6為最優(yōu)含水量下20 t凸塊振動(dòng)碾振動(dòng)碾壓6遍對(duì)應(yīng)的干密度。

擊實(shí)試驗(yàn)按SL237-011-1999方法進(jìn)行。試驗(yàn)制備采用干法，擊實(shí)單位體積功能為592.2 KJ/m3。

每5 000 m3進(jìn)行一次擊實(shí)試驗(yàn)，選用最合理的最大干密度和最優(yōu)含水率，確保壓實(shí)度檢測(cè)準(zhǔn)確性。選定最大干密度范圍為1.74～1.76，最優(yōu)含水率在17.0%左右。最大干密度、最優(yōu)含水率與γ6對(duì)比情況，見表1。

表1 最大干密度、最優(yōu)含水率與γ6對(duì)比統(tǒng)計(jì)

6 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）料源復(fù)勘：每150 m3土料取1組試樣，自由膨脹率試驗(yàn)平均值大于55%的嚴(yán)禁使用，分區(qū)取樣，分區(qū)開采。

（2）晾曬：土料在拌和前應(yīng)進(jìn)行晾曬，含水率小于18%后再進(jìn)行破碎、拌和。

（3）拌和：拌和系統(tǒng)采用電腦計(jì)量。破碎合格的膨脹土料→檢測(cè)破碎土料的含水率→根據(jù)最優(yōu)含水率確定加水量→滲加4%水泥→穩(wěn)定土拌和站拌和。

（4）檢測(cè)：采用EDTA滴定試驗(yàn)，每600 m3抽測(cè)6個(gè)樣品，每個(gè)樣品重量不少于300 g，檢測(cè)水泥摻量的均勻性、標(biāo)準(zhǔn)差。膨脹性檢測(cè)按14 d自由膨脹率進(jìn)行初檢，28 d自由膨脹率進(jìn)行復(fù)檢。

（5）攤鋪：推土機(jī)攤鋪，鋪料厚度30±2 cm，邊坡超填寬度30 cm，碾跡重疊不小于20 cm。含水率控制在最優(yōu)含水量+1%～+3%范圍內(nèi)，以補(bǔ)償在攤鋪及碾壓過(guò)程中的水分損失。在進(jìn)行上一層鋪土之前，對(duì)結(jié)合面進(jìn)行灑水。同時(shí)，填筑前在原渠坡上逐層開蹬，臺(tái)階高為每層鋪土的厚度。

（6）碾壓：先用21 t凸塊振動(dòng)碾靜壓1遍，再振壓8遍，行車速度小于2 km/h，拌和完成至碾壓終止時(shí)間不超過(guò)4 h。凸塊振動(dòng)碾在平行于鋪料長(zhǎng)度的方向以前進(jìn)后退法振動(dòng)碾壓，碾子填筑段外起振，達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)之后駛?cè)胩钪巍?/p>

（7）壓實(shí)度檢測(cè)：采用環(huán)刀法檢測(cè)壓實(shí)度，檢測(cè)頻率：1次/（100～200 m3），每層不少于3個(gè)點(diǎn)。每層填土完成碾壓后，4h內(nèi)完成壓實(shí)度檢測(cè)，8h內(nèi)完成覆蓋。

7 經(jīng)驗(yàn)與建議

（1）應(yīng)堅(jiān)持“預(yù)防為主，及時(shí)處理”的原則，加強(qiáng)地質(zhì)巡查和預(yù)報(bào)，主動(dòng)防護(hù)，做好施工期降、排水和防護(hù)等。

（2）換填施工遵循“3快1密實(shí)”原則，即快速攤鋪、快速整平、碾壓密實(shí)、快速檢測(cè)，以保證整個(gè)施工過(guò)程在水泥初凝前結(jié)束。

（3）水泥摻量、拌合均勻度、土料含水率、粒徑、拌和用水量、拌和遍數(shù)等直接影響水泥改性土的質(zhì)量。在制備改性土?xí)r，必須嚴(yán)格按照試驗(yàn)說(shuō)明確定的參數(shù)進(jìn)行拌制，嚴(yán)格進(jìn)行檢測(cè)。

（4）降雨時(shí)必須停止施工，對(duì)已攤鋪的工作面盡快碾壓密實(shí)、封面、覆蓋。雨后受降雨和地下水位抬高影響，渠道邊坡極易形成滑坡，對(duì)施工質(zhì)量、進(jìn)度帶來(lái)較大影響。

（5）改性土換填分段施工的結(jié)合部位以及渠道膨脹土分布區(qū)域變化界限點(diǎn)、膨脹土等級(jí)（強(qiáng)膨、中膨、弱膨）變化點(diǎn)，是施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)部位，其保護(hù)層的厚度檢驗(yàn)是監(jiān)理檢測(cè)重點(diǎn)。

（6）結(jié)合永久監(jiān)測(cè)斷面或選擇重點(diǎn)部位，因地制宜埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

8 結(jié)語(yǔ)

為確保水泥改性土施工質(zhì)量，應(yīng)著重從土料開采、水泥摻量、拌制時(shí)間、試驗(yàn)檢測(cè)、攤鋪碾壓等方面采取一系列措施進(jìn)行全過(guò)程控制，檢查料源、水泥摻量，檢測(cè)膨脹率、干密度、壓實(shí)度等，將質(zhì)量控制貫穿于整個(gè)施工過(guò)程，采取行之有效的辦法減少環(huán)境變化對(duì)改性土施工的影響。