渠道邊坡水泥改性土換填施工中若干問題探討

宋玉才 焦家訓(xùn) 張玉莉 童 耀 趙二平 王樂華

（1.中國葛洲壩集團公司 基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌

443002）

南水北調(diào)工程規(guī)模巨大，舉世矚目，工程在安全方面要求高，而膨脹巖（土）的問題是本工程的主要工程地質(zhì)問題之一.膨脹土（巖）吸水膨脹軟化，失水收縮干裂.外界環(huán)境稍微變化，即導(dǎo)致渠坡的失穩(wěn)破壞，對工程的安全運行影響很大.針對這一問題，在南水北調(diào)工程中，水泥改性土廣泛地作為渠道換填土料［1－8］，對坡面和渠底進行保護處理.在水泥改性土施工過程中，為確保水泥改性土的壓實效果，需要隨時檢測水泥改性土混合料的含水率是否滿足要求.因此，在水泥改性土施工過程中，需要進行大量的快速含水率測定以指導(dǎo)現(xiàn)場施工.

根據(jù)《土工試驗規(guī)程》［9］及《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》［10］，現(xiàn)有的含水率測定方法有烘箱烘干法及酒精燃燒法.采用烘箱烘干法進行水泥改性土含水率測定，烘干至恒重一般需8h以上，無法滿足施工要求；采用酒精燃燒法進行操作時容易發(fā)生水泥改性土混合料顆粒爆裂，造成試驗誤差較大.另一方面，水泥改性土換填施工時，需要一定的壓實度，而水利方面無適用的水泥改性土標(biāo)準(zhǔn)干密度確定方法可用.《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》明確規(guī)定，在擊實時將穩(wěn)定劑（水泥）加入浸潤后的土料中，拌和均勻后在1h內(nèi)完成擊實試驗.而現(xiàn)場施工時，水泥改性土從拌和、運輸?shù)綌備佌揭话阈枰?～3h，此時水泥與土中水分已開始發(fā)生水化反應(yīng)，所以存在著最大干密度標(biāo)準(zhǔn)事實上的不穩(wěn)定，造成了壓實度檢測結(jié)果的不確定性.如果施工中從拌和到壓實完成的時間間隔越大，則壓實度檢測的偏差就越大.文獻［11］中，對水泥改性土的擊實方法進行了分析，建議鄭西客運專線在水泥改性土施工前，進行水泥改性土延遲擊實試驗.但并未給出延遲擊實時間.

基于渠道邊坡水泥改性土換填施工中的這些問題，本文對水泥改性土快速含水率測定方法以及水泥改性土標(biāo)準(zhǔn)干密度的試驗方法進行了研究，提出了水泥改性土的快速含水率測定方法以及水泥改性土現(xiàn)場碾壓標(biāo)準(zhǔn)干密度的試驗方法.

1 水泥改性土的快速含水率測定方法

1.1 試驗方法

本次試驗參照，《土工試驗規(guī)程》及《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》進行.室內(nèi)拌和制備土樣，確保制備的水泥改性土含水量及水泥拌和均勻，根據(jù)試驗規(guī)范中的方法取樣，分別采用烘箱烘干法、酒精燃燒法與微波爐法，將試樣烘干至恒重，然后進行對比分析.研究采用微波爐法進行快速含水率測定的可行性，并制定相應(yīng)的措施和試驗方法、要求.

1.2 試驗數(shù)據(jù)分析

采用上述3種含水率檢測方法檢測數(shù)據(jù)見表1和表2.

表1 含水率試驗數(shù)據(jù)表

表2 不同檢測方法試驗成果表

根據(jù)試驗結(jié)果分析，采用微波爐法烘烤9min后，相對烘箱法的誤差為0.6%，滿足規(guī)范規(guī)定的平行試驗誤差要求.烘烤11min時，前后兩次稱量差小于原試樣質(zhì)量的0.1%，達到規(guī)范規(guī)定的恒定重量要求.因此，本工程采用微波爐法進行水泥改性土含水率試驗的操作方法確定為用格蘭仕微波爐，中火檔連續(xù)烘烤9min，以兩個試樣平行試驗的平均值為準(zhǔn).其他試樣準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)處理等過程同試驗規(guī)程的烘箱法.采用本方法時，應(yīng)至少每周、更換微波爐時、發(fā)現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)有出入時，及時與烘箱法進行對比試驗.

2 水泥改性土標(biāo)準(zhǔn)干密度的試驗方法

2.1 試驗方法

通過查閱國外水泥改性土擊實標(biāo)準(zhǔn)和方法（錘重2.5kg，落距30cm，3層，25擊／層［12］；錘重4.5kg，落距45cm為模擬現(xiàn)場施工條件，水泥改性土的擊實試驗應(yīng)在加水?dāng)嚢韬笱訒r4h進行［13］；錘重2.5kg，落距30cm，3層，25擊／層［14］；錘重4.5kg，落距45cm，浸潤后的土樣加水泥攪拌，1h內(nèi)完成擊實［9］），發(fā)現(xiàn)一般都采用輕型擊實標(biāo)準(zhǔn)，而當(dāng)采用重型擊實標(biāo)準(zhǔn)時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場碾壓情況，室內(nèi)擊實采用延遲試驗的方法.

為了深入研究水泥改性土擊實延遲時間對最大干密度的影響，進行了擊實延遲試驗.即對每組試樣再分解成5組，拌和均勻后在1h、2h、3h、4h、5h完成擊實試驗，依據(jù)試驗結(jié)果繪制最大干密度、最優(yōu)含水率隨時間的變化曲線，并與輕型擊實試驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)場所能達到的最大干密度對比.

2.2 試驗結(jié)果分析

試驗結(jié)果見表4～6.從表中可以看出，隨著擊實延遲時間的增長，水泥改性土最大干密度逐漸下降，最優(yōu)含水率逐漸增大.而輕型擊實得出的最大干密度與重型擊實延遲4h得出的最大干密度持平，最優(yōu)含水率略大于重型擊實結(jié)果.

表4 水泥改性土重型擊實延遲試驗成果表

表5 水泥改性土輕型擊實試驗成果表

表6 現(xiàn)場碾壓取樣干密度檢測成果表（20t振動碾碾壓6遍）

通過上述試驗，驗證了水泥改性土隨擊實延遲時間的增長最大干密度降低的問題，對現(xiàn)場碾壓壓實度的確定造成了很大的影響.如嚴格按國內(nèi)現(xiàn)有的《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)進行試驗得出的數(shù)據(jù)來控制現(xiàn)場施工，導(dǎo)致壓實度達不到設(shè)計要求，一味增加碾壓遍數(shù)、增大碾壓機械噸位，不僅浪費資源，還易造成過壓破壞.因此，提出采用“輕型擊實”或“重型擊實為模擬現(xiàn)場施工條件，水泥改性土的擊實試驗應(yīng)在加水?dāng)嚢韬笱訒r4h進行”，得出的最大干密度作為標(biāo)準(zhǔn)來控制水泥改性土現(xiàn)場碾壓施工.現(xiàn)場壓實度在98%～100%之間，滿足設(shè)計要求.

3 結(jié) 論

通過以上的試驗分析，得出以下結(jié)論：

1）采用微波爐法進行水泥改性土含水率測定，解決了烘箱法試驗時間過長不適應(yīng)現(xiàn)場生產(chǎn)的要求，同時解決了酒精燃燒法水泥改性土顆粒容易發(fā)生爆裂影響試驗結(jié)果的問題，且其試驗誤差也在規(guī)范允許范圍內(nèi).解決了現(xiàn)場需要及時提供水泥改性土含水率數(shù)據(jù)以指導(dǎo)施工的難題.

2）采用“輕型擊實”或“重型擊實為模擬現(xiàn)場施工條件，水泥改性土的擊實試驗應(yīng)在加水?dāng)嚢韬笱訒r4h進行”，得出的最大干密度作為標(biāo)準(zhǔn)來控制水泥改性土現(xiàn)場碾壓施工.現(xiàn)場壓實度在98%～100%之間，滿足設(shè)計要求.在進行大規(guī)模施工前，均需要進行碾壓試驗，以確定鋪土厚度、碾壓遍數(shù)等參數(shù)指導(dǎo)施工，而碾壓試驗一般拌和水泥改性土方量很小，拌和至碾壓結(jié)束時間遠小于正常施工時所用時間.受水泥改性土擊實時間延遲問題影響，如采用“輕型擊實法”來確定最大干密度，在進行碾壓實試驗時，須控制拌和至碾壓結(jié)束時間與正常施工所用時間基本一致，避免造成碾壓試驗確定的參數(shù)不能指導(dǎo)大規(guī)模施工.

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