水泥改良土填筑質(zhì)量控制

吳 劍 峰，　湯　婷

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都　610066)

水泥改良土填筑質(zhì)量控制

吳 劍 峰，湯婷

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都610066)

摘要：水泥改良土是土方填筑中普遍采用的一種土的改良方法，被廣泛應(yīng)用于各種工程的土方填筑中。結(jié)合石濟客專二標(biāo)水泥改良土填筑，介紹了在水泥改良土試驗、施工方面采用的質(zhì)量控制方法。

關(guān)鍵詞：水泥改良土；質(zhì)量控制；試驗檢測

1工程概述

新建石家莊至濟南鐵路客運專線工程SJZ-2標(biāo)段線路位于河北省境內(nèi)，起點位于晉州市，向東南方向延伸至辛集市，設(shè)置辛集南站，標(biāo)段起始里程為DK51+213.36～DK79+555.99，正線長度為28 342.63 m，路基長度為2 004.54 m， 路基段主要經(jīng)過沖積平原，其地形平坦開闊且大部分被辟為耕地，所處地層以粉土、粉質(zhì)粘土及砂土層為主，地基承載力在100～450 kPa之間，地層較軟弱。設(shè)計方案均為填方路基，填高為6.5～9 m。該段路基基床底層及基床以下路堤采用水泥改良土作為路基填料。

2水泥改良土原理

水泥改良土原理：水泥中的礦物與土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)后在土中形成骨架，約束土顆粒進而提高了土體的穩(wěn)定性，同時提高了土抵抗外部荷載變形的能力。水泥改良土是在土中摻入一定劑量的水泥、用以改善土體性能的方法，其目的為提升土體的穩(wěn)定性和強度。

3對水泥改良土中原材料質(zhì)量的控制

3.1原土料質(zhì)量控制要求及檢測結(jié)果

根據(jù)設(shè)計圖紙及規(guī)范要求，采用水泥改良時，原土料中的有機質(zhì)含量不應(yīng)大于2%，硫酸鹽含量(折算成SO42-)不應(yīng)大于0.25%，檢測指標(biāo)見表1。

大量的室內(nèi)試驗結(jié)果表明：在低摻量條件下，對于塑性指數(shù)Ip<12的粉土、粉質(zhì)粘土采用水泥改良其物理、力學(xué)性能相對較好，效果最好的為砂性土，其次為粉狀土、粘性土。依據(jù)表1中的液限、塑性指數(shù)可以判斷出該土為粉質(zhì)粘土。

表1　原土料檢測指標(biāo)表

3.2水泥質(zhì)量控制要求及檢測結(jié)果

規(guī)范要求水泥應(yīng)采用普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥，不應(yīng)采用快硬水泥和早強水泥。設(shè)計要求采用普通硅酸鹽水泥(P.O42.5)，其技術(shù)要求指標(biāo)見表2。

表2　水泥技術(shù)指標(biāo)表

考慮到現(xiàn)場施工和天氣原因，建議應(yīng)與水泥生產(chǎn)廠家協(xié)商適當(dāng)?shù)难娱L水泥凝結(jié)時間。

4水泥改良土試驗

4.1水泥改良土技術(shù)要求

水泥改良土技術(shù)要求見表3。

表3　水泥改良土技術(shù)要求表

4.2水泥改良土試驗前應(yīng)注意的事項

水泥改良土填筑與素土具有本質(zhì)的區(qū)別。水泥改良土具有延時效應(yīng)，強度和干密度隨時間延長發(fā)生明顯的變化；而對于素土而言，壓實質(zhì)量的控制指標(biāo)與延遲時間無關(guān)，故在進行室內(nèi)擊實試驗確定改良土最大干密度和無側(cè)限抗壓強度時，一定要考慮水泥改良土的延時效應(yīng)。試驗證明：水泥改良土強度和干密度是隨著時間的延長慢慢減小的。為了準(zhǔn)確地控制現(xiàn)場的填筑質(zhì)量，在進行標(biāo)準(zhǔn)擊實時應(yīng)考慮現(xiàn)場的填筑時間。現(xiàn)場水泥改良土從拌合、運輸、攤鋪、整平、碾壓成型再到取樣試驗通常需要3～4 h(受限于攪拌能力、協(xié)調(diào)方面等因素，填筑時間可能更長)。以浸潤土加水泥拌合后1 h內(nèi)得到的最大干密度和無側(cè)限抗壓強度控制現(xiàn)場填筑壓實質(zhì)量明顯與實際不相符，是不科學(xué)的，數(shù)據(jù)偏差太大，沒有代表性，不能反映填筑的真實質(zhì)量。為了更準(zhǔn)確地控制現(xiàn)場壓實質(zhì)量，應(yīng)該進行水泥改良土延時2 h、3 h、4 h、5 h、6 h的最大干密度和7 d無側(cè)限抗壓強度試驗，建立延時時間和最大干密度、延時時間和強度的關(guān)系曲線；亦可根據(jù)現(xiàn)場實際填筑情況(拌制到試驗檢測的時間)僅測定3～4 h或4～5 h延時時間對應(yīng)的最大干密度和無側(cè)限抗壓強度，以供進行水泥改良土工藝試驗和正式填筑時控制質(zhì)量選用。

4.3水泥改良土室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)試驗

按設(shè)計要求，基床以下填筑3%的水泥改良土，原土留在通過5 mm篩上的質(zhì)量占總質(zhì)量的3.8%，依據(jù)規(guī)范選用重型擊實儀中的Z1(分5層擊實，每層25下)。采用電動擊實儀，為降低試驗誤差，每層土樣需稱量一致，將最后一層擊實面超出擊實筒高度嚴(yán)格控制在6 mm以內(nèi)。制備延時時間為2 h、3 h、4 h、5 h、6 h的土樣試驗得出最大干密度后，重新制備土樣進行無側(cè)限抗壓強度試驗。試驗結(jié)果見表3；所繪制的延時時間和最大干密度、7 d飽和無側(cè)限抗壓強度關(guān)系見圖1、2。

表3　試驗結(jié)果統(tǒng)計表

圖1　延時時間與最大干密度關(guān)系圖

從圖1中可以看出試驗結(jié)果是符合改良土延時效應(yīng)的，1～6 h無側(cè)限抗壓強度都能滿足要求，但5～6 h最大干密度已沒有明顯的變化，說明水泥在土中的改良作用已經(jīng)不明顯，水泥和土中的水水化反應(yīng)骨架作用開始形成，已慢慢產(chǎn)生強度。若碾壓過程超過5 h將會破壞水化反應(yīng)骨架的形成，從而造成水泥改良達不到預(yù)期效果。為了達到理想的改良效果，應(yīng)將填筑時間控制在4 h而不宜超過5 h,這也與水泥初凝時間相符。施工中的具體填筑時間可以直接以試驗得到的水泥凝結(jié)時間來控制。

圖2　延時時間和7天飽和無側(cè)線抗壓強度關(guān)系圖

5施工拌和中的質(zhì)量控制

(1)該工程水泥改良土的拌和方法采用集中場拌法。拌和前，試驗室在對原土含水率進行檢測的同時觀察土質(zhì)有無明顯的變化，如變化明顯則應(yīng)重新進行擊實試驗。改良土含水率控制與最優(yōu)含水率相差-1～+2%，若外界氣溫較高，應(yīng)考慮水分損失，含水率可根據(jù)具體的現(xiàn)場填筑情況適當(dāng)增加。

(2)拌和過程中，所摻入的水泥不僅要與土攪拌均勻，土粒之間亦應(yīng)均勻，不能出現(xiàn)土粒集中現(xiàn)象。試驗人員在水泥改良土拌和過程中需抽檢有代表性的土樣測定水泥劑量，水泥劑量采用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定法(滴定曲線見圖3)，水泥劑量的控制應(yīng)比室內(nèi)試驗確定的摻量大0.5%～1%，采用集中場拌法時可增加0.5%。在改良土拌和站測定水泥劑量滿足要求后，還應(yīng)在填筑現(xiàn)場隨機抽查3點檢測水泥計量，如現(xiàn)場不能滿足要求，應(yīng)在拌和站內(nèi)調(diào)整拌和機水泥流量，直至現(xiàn)場水泥劑量滿足要求為止。在日常施工過程中，應(yīng)通過大量的檢測總結(jié)出現(xiàn)場水泥劑量與拌和站水泥劑量之間的變化關(guān)系，以便更為高效的為水泥改良土填筑質(zhì)量服務(wù)。資料中的水泥劑量應(yīng)以現(xiàn)場測定結(jié)果為準(zhǔn)，拌和站水泥計量的測定只能作為過程控制資料。需要注意的是：改良土在達到水泥初凝時間檢測水泥劑量是不正確的，這時水泥已開始和土粒中的水發(fā)生反應(yīng)，檢測結(jié)果會偏低。

圖3　水泥劑量標(biāo)注曲線圖

(3)水泥改良土在其拌和運輸過程中應(yīng)加蓋遮陽布以避免表層水分損失過快；其攤鋪整平過程要流暢銜接，碾壓完成時間最好控制在水泥初凝時間內(nèi)，以求達到最好的改良效果。水泥凝結(jié)時間以試驗室出具的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，現(xiàn)場管理人員應(yīng)嚴(yán)格把控時間，根據(jù)機具生產(chǎn)填筑能力合理安排填筑面積，避免因攤鋪面積過大而影響填筑質(zhì)量甚至導(dǎo)致改良土失效，亦可與水泥生產(chǎn)廠家協(xié)商，適當(dāng)?shù)难娱L水泥凝結(jié)的時間，使改良土填筑時間增長。

(4)水泥改良土與素土壓實有很大的不同，應(yīng)根據(jù)碾壓試驗得到的參數(shù)一次性碾壓到位，碾壓完成后不能進行二次碾壓，以免造成破壞。碾壓檢測合格后應(yīng)注意對其表面灑水養(yǎng)護。如在工序銜接合理的情況下，應(yīng)盡快進行下一層填筑。如時間太長，灑水養(yǎng)生不到位時填筑層表面極易開裂，其表面會因失水發(fā)生掉層現(xiàn)象。

6填筑碾壓前、后的質(zhì)量控制

現(xiàn)場試驗檢測分為碾壓前檢測和碾壓完成后檢測兩個部分。檢測過程嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范規(guī)定的檢測頻率取樣檢測，填筑開始到檢測完成最遲不能超過6 h。檢測時需要注意以下幾點：

(1)改良土攤鋪碾壓前水泥劑量測試時的注意要點：首先，土樣需過2 mm篩(現(xiàn)場最容易忽略此步驟)，應(yīng)保證NH4CL溶液新鮮、未揮發(fā)，在滿足使用的前提下盡量少配置；其次，準(zhǔn)確稱量，攪拌時間和速度嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行；第三，應(yīng)注意試樣的PH值，鈣指示劑加入前應(yīng)用精密試紙測量，鈣指示劑加入搖勻后溶液顏色為玫瑰紅；最后，控制標(biāo)準(zhǔn)溶液滴入速度(溶液流入的同時輕輕晃動錐形瓶，使標(biāo)準(zhǔn)溶液和試樣充分反應(yīng))，試樣顏色開始轉(zhuǎn)變時，迅速控制滴定管閥門、減小流速，當(dāng)顏色完全轉(zhuǎn)變?yōu)樘焖{色后立即關(guān)閉閥門，記錄EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量，查表得出水泥劑量。

(2)應(yīng)將碾壓現(xiàn)場水泥改良土的水泥劑量允許偏差與室內(nèi)試驗配合比的外摻料劑量偏差控制在-0.5%～+1%。水泥劑量檢測合格后，應(yīng)按規(guī)范要求在已攤鋪好填料的現(xiàn)場取無側(cè)限抗壓強度試樣，在室內(nèi)按要求的壓實密度成型，并按規(guī)定進行養(yǎng)護和無側(cè)限抗壓強度試驗。必須在攤鋪好的現(xiàn)場取樣，成型試驗和碾壓完成時間應(yīng)大致相同。

(3)記錄從攪拌開始到填筑完成試驗所需的時間，以便通過延時時間對應(yīng)的最大干密度關(guān)系圖(圖1)查找相應(yīng)時間段對應(yīng)的最大干密度，用于控制現(xiàn)場壓實系數(shù)。對攪拌開始時間和試驗時間應(yīng)準(zhǔn)確記錄，并在試驗記錄中標(biāo)明。

(4)改良土壓實后采用環(huán)刀法檢測時應(yīng)對環(huán)刀體積進行校驗。檢測壓實系數(shù)時，應(yīng)在土厚度1/2處取樣。過深，會造成數(shù)據(jù)偏??；過淺，可能會造成數(shù)據(jù)偏大。在中部取樣檢測更能真實反映填筑質(zhì)量。

(5)灌砂法檢測時，應(yīng)標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)砂密度。標(biāo)定時，砂在進入容器時要勻速，避免震動容器?，F(xiàn)場檢測時，試驗坑要按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的直徑深度成型，周圍平整，深度至本層與下層的結(jié)合面。挖坑前，先定位放好基板，校準(zhǔn)檢測面，挖坑過程中，避免土樣散失。為保證標(biāo)準(zhǔn)砂勻速流入試坑，在灌砂過程中避免震動。

(6)現(xiàn)場壓實系數(shù)檢測方法的選擇應(yīng)符合規(guī)范要求，其原則為簡單、準(zhǔn)確、高效?，F(xiàn)場采用的具體方法需根據(jù)設(shè)計或業(yè)主要求決定。如無要求時則遵循上述原則。每個方法之間亦有不同的差別。目前工地試驗室改良土壓實系數(shù)普遍采用的方法為環(huán)刀法和灌沙法。考慮到第三方檢測單位對改良土填筑壓實系數(shù)所采用的檢測方法與施工單位不一致的情況，施工單位工地試驗室應(yīng)對不同方法檢測得到的壓實結(jié)果進行匯總并比較分析，統(tǒng)計出固有的規(guī)律。在實際質(zhì)量控制中應(yīng)做到所得到的結(jié)果都能保證滿足不同的試驗方法。這樣做的目的就是為了避免在出現(xiàn)兩個檢測方法時數(shù)據(jù)不統(tǒng)一而造成結(jié)果判定完全不同，對施工質(zhì)量產(chǎn)生懷疑，甚至造成質(zhì)量事故。在沒有明確采用哪種方法時，施工現(xiàn)場檢測中切記要進行不同試驗方法的比較，要以嚴(yán)、以高為較準(zhǔn)。

7結(jié)語

改良土質(zhì)量的控制首先是延時時間對應(yīng)最大干密度關(guān)系的建立，相應(yīng)延時時間對應(yīng)的最大干密度是衡量現(xiàn)場壓實系數(shù)的依據(jù)，施工拌和中的質(zhì)量控制要點在于含水率必須滿足填筑要求、水泥劑量準(zhǔn)確、填筑時間合理。施工過程的質(zhì)量控制是現(xiàn)場試驗?zāi)芊駶M足要求的保證，必須有可靠

的檢測手段，檢測中對方法的選擇和注意事項要清晰，試驗過程要嚴(yán)謹(jǐn)、方法兼顧到位。只有這樣，水泥改良土的改良效果才能充分發(fā)揮，質(zhì)量才能得到有力的保證。

參考文獻：

[1]高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，TB10751-2010[S].

[2]鐵路工程土工試驗規(guī)程，TB10751-2010[S].

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV4;TV541;TV523

文獻標(biāo)識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0031-04

作者簡介:

吳劍峰(1984-)，男，甘肅天水人，工程師，從事水利水電工程試驗檢測工作；

湯婷(1988-)，女，四川廣元人，助理工程師，從事水利水電工程試驗檢測工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)