水泥改性土換填施工技術(shù)在南水北調(diào)中線工程中的應(yīng)用

鞏云濤

摘 要：膨脹土因其特殊的工程特性對(duì)工程危害極大，對(duì)膨脹土段渠道進(jìn)行換填是工程主要處理措施之一。本文就南水北調(diào)中線工程一期工程總干渠陶岔～沙河南（委托建管項(xiàng)目）南陽(yáng)段第三施工標(biāo)段膨脹巖換填水泥改性土施工為例，對(duì)水泥改性土填筑的控制指標(biāo)、施工工藝、實(shí)驗(yàn)檢測(cè)和質(zhì)量控制等作簡(jiǎn)要總結(jié)。

關(guān)鍵詞：南水北調(diào)；膨脹巖；水泥改性土；施工技術(shù)

1 項(xiàng)目概況

南水北調(diào)中線工程一期工程總干渠陶岔～沙河南（委托建管項(xiàng)目）南陽(yáng)段第三施工標(biāo)段工程位于河南省南陽(yáng)市境內(nèi)，本標(biāo)段為南陽(yáng)段第三施工標(biāo)段，樁號(hào)：SH（3）29+500-SH（3）35+800，全長(zhǎng)為6300m。標(biāo)段內(nèi)共有各類建筑物11座，其中左岸排水倒虹吸3座，渠渠交叉2座，公路橋4座，生產(chǎn)橋2座。

主要工程量包括：土石方開(kāi)挖362萬(wàn)立方米、土石方填筑142萬(wàn)立方米，混凝土7.5萬(wàn)立方米，砌石3.83萬(wàn)立方米、砂石墊層15.12萬(wàn)立方米、鋼筋制安2316.07t。

2 渠道膨脹巖分布情況及設(shè)計(jì)處理方案

2.1 膨脹巖分布情況

本標(biāo)段渠道全長(zhǎng)6300m，膨脹巖渠段累計(jì)長(zhǎng)度5925m，其中中膨脹累計(jì)長(zhǎng)度4500m，弱膨脹累計(jì)長(zhǎng)度1425m，膨脹巖共分為9個(gè)設(shè)計(jì)段。

2.2 設(shè)計(jì)處理方案

設(shè)計(jì)處理方案為換填+排水措施。

換填措施：弱膨脹渠段垂直換填厚度1m；中膨脹渠段垂直換填厚度2m。換填土料自由膨脹率<20%直接回填；>20%改性后回填。本標(biāo)段換填總量約79萬(wàn)立方米，根據(jù)土料自由膨脹率情況，改性土換填工程量約36萬(wàn)立方米。

排水措施：本標(biāo)段地下水位均高于渠底3m以上，采用2#排水方案，即在換填土與膨脹巖渠基之間設(shè)置一套排水系統(tǒng)，地下水通過(guò)逆止一調(diào)排到渠道內(nèi)。

3 水泥改性土材料及施工控制指標(biāo)

3.1 選用材料

（1）水泥：選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥材料應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；（2）土料：改性土用的土料除滿足總干渠填筑用土標(biāo)準(zhǔn)：粘粒含量宜為10%～30%，塑性指數(shù)宜為7～17，有機(jī)質(zhì)含量不大于5%，水溶鹽含量不大于3%，不宜用膨脹巖土。粒徑不大于50mm，且不含雜質(zhì)外，自由膨脹率（一般）在20%～65%范圍內(nèi)。（3）水泥摻量：4%（重量比）。

3.2 施工控制指標(biāo)

（1）設(shè)計(jì)壓實(shí)度≥98%；（2）改性土拌和均勻性，采用水泥含量標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行控制，用EDTA滴定法測(cè)定水泥含量，平均值不得小于設(shè)計(jì)摻量，水泥含量標(biāo)準(zhǔn)差不大于0.7。檢測(cè)頻率及數(shù)量每拌和場(chǎng)次不大于600cm3抽測(cè)不少于6個(gè)樣（每個(gè)樣品重量不少于300g）。

4 碾壓試驗(yàn)

4.1 確定最大干密度和最佳含水率

根據(jù)南水北調(diào)中線一期工程總干渠專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《南水北調(diào)中線一期工程總干渠渠道水泥改性土施工技術(shù)規(guī)定》（NSBD-ZGJ-1-37）的規(guī)定，水泥改性土的最大干密度根據(jù)下式確定：

γ=max（γs，1.02γ6）

γs――標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)最大干密度；

γ6――最優(yōu)含水量下20t凸塊振動(dòng)碾振動(dòng)碾壓6遍對(duì)應(yīng)的干密度。

最優(yōu)含水率采用小值平均值作為使用值，最大干密度采用大值平均值作為使用值。

室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)8個(gè)最大干密度的大值平均值為1.78g/cm3，最優(yōu)含水率小值平均值為16.9%；現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)碾壓6遍后6個(gè)干密度的大值平均值γ6為1.75g/cm3，1.02γ6為1.78g/cm3。故石河右岸土料水泥改性土的最大干密度為1.78g/cm3，最優(yōu)含水率為16.9%。

室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)8個(gè)最大干密度的大值平均值為1.73g/cm3，最優(yōu)含水率小值平均值為16.6%；現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)碾壓6遍后6個(gè)干密度的大值平均值γ6為1.68g/cm3，1.02γ6為1.71g/cm3。故石河左岸土料水泥改性土的最大干密度為1.73g/cm3，最優(yōu)含水率為16.6%。

4.2 生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)參數(shù)：

（1）鋪土厚度：25cm、30cm、35cm；

（2）含水率：最優(yōu)、最優(yōu)+1%、最優(yōu)+3%；

（3）碾壓遍數(shù)：6遍、8遍、10遍、12遍（前2遍靜壓），碾壓設(shè)備為20t凸塊振動(dòng)碾。

5 改性土施工

5.1 土料翻曬

水泥改性土原土含水率一般控制在最優(yōu)含水率+1%～+3%，含水量如果偏小，可通過(guò)拌和機(jī)加水，含水量如果偏大，則需對(duì)土料進(jìn)行翻曬，對(duì)原土翻曬主要在料場(chǎng)和堆土場(chǎng)進(jìn)行。（1）料場(chǎng)翻曬，一般在雨季過(guò)后料場(chǎng)土料的含水量很高，可采用在現(xiàn)場(chǎng)用挖機(jī)先將土堆成帶狀土堆，待含水率合適時(shí)再挖運(yùn)至拌和站堆土場(chǎng)。（2）堆土場(chǎng)翻曬，堆土場(chǎng)翻曬是主要的翻曬方法，堆土場(chǎng)較大的采用旋耕扒進(jìn)行翻犁，場(chǎng)地小的可用挖機(jī)進(jìn)行翻曬。

5.2 碎土

碎土作業(yè)在拌和場(chǎng)內(nèi)采用YST-600型液壓碎土機(jī)進(jìn)行，土料含水率盡量控制在破碎最優(yōu)含水率（15%～18%）范圍內(nèi)，保證土料破碎效率接近理論生產(chǎn)效率600t/h。破碎采用裝載機(jī)喂料，然后通過(guò)碎土機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的合金破碎頭對(duì)土壤進(jìn)行切削、拋甩、拍擊、擠壓破碎后，使土料粒徑滿足有關(guān)技術(shù)要求，10c～5cm粒徑含量不大于5%，5cm～5mm粒徑含量不大于50%。

5.3 拌和

水泥改性土拌和采用WCB-600型穩(wěn)定土攪拌站，理論產(chǎn)量600t/h。土料破碎后，依據(jù)試驗(yàn)室下達(dá)的《水泥改性土拌制配料單》，初設(shè)水泥改性土拌合站拌合參數(shù)，并通過(guò)滴定試驗(yàn)調(diào)整；水泥劑量達(dá)到要求并穩(wěn)定后才能批量生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中每600m3抽測(cè)6個(gè)樣、跟蹤檢測(cè)水泥劑量的均勻性、標(biāo)準(zhǔn)差。水泥改性土拌合時(shí)最優(yōu)含水率為填筑最優(yōu)含水率加1～3個(gè)百分點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)施工季節(jié)溫度、風(fēng)力等調(diào)整。

5.4 輸、攤鋪、碾壓

改性土從拌合到碾壓完成不超過(guò)4小時(shí)，碾壓完成4小時(shí)內(nèi)完成壓實(shí)度檢測(cè)，8小時(shí)內(nèi)完成上層土覆蓋，不能及時(shí)跟進(jìn)的，對(duì)填筑面和建基面做好防雨和保濕等保護(hù)措施，并防止大型施工設(shè)備在其上行駛；渠底換填成型后，覆蓋30cm厚的素土，避免碾壓完成的水泥改性土直接與外界接觸。水泥改性土運(yùn)輸采用15t自卸汽車(chē)，進(jìn)占法卸料，攤鋪采用推土機(jī)或挖機(jī)，碾壓采用20t凸塊振動(dòng)碾。填筑分段分塊進(jìn)行，一般分段長(zhǎng)度控制在40m～60m，鋪料寬度在8m～10m時(shí)開(kāi)始碾壓，碾壓完成后立即進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)。

5.5 壓實(shí)度檢測(cè)

水泥改性土壓實(shí)度采用灌沙法檢測(cè)，取樣頻率為1次/（100m3～200m3），且每層不少于3個(gè)點(diǎn)。因其干密度具有隨時(shí)間衰減的特性，檢測(cè)應(yīng)控制在碾壓完成后4小時(shí)內(nèi)完成。

6 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）碎土前土料含水率控制，控制好土料的含水率是水泥改性土生產(chǎn)的關(guān)鍵，如果含水率偏大，一是碎土機(jī)效率降低，二是碎好的土容易再次結(jié)塊，造成大顆粒多，水泥摻量不均勻，碾壓不實(shí)。根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出，將碎土前土料含水率控制在最優(yōu)含水率附近，拌和時(shí)再加水3個(gè)百分點(diǎn)，生產(chǎn)效率和質(zhì)量均能達(dá)到很好的效果。（2）層間結(jié)合面的處理，水泥土碾壓并完成壓實(shí)度檢測(cè)后，應(yīng)立即進(jìn)行下一層填筑，如果不能立即進(jìn)行填筑的場(chǎng)面，應(yīng)采取灑水或覆蓋養(yǎng)護(hù)，再次上土前應(yīng)灑水將結(jié)合面充分濕潤(rùn)，不能出現(xiàn)干土層。（3）岸坡及排水管周邊處理，岸坡及排水管周邊機(jī)械碾壓不到的部位，采用打夯機(jī)分兩層進(jìn)行夯實(shí)，確保各部位壓實(shí)度均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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