超厚水泥穩(wěn)定土施工工藝及過(guò)程控制探討

徐蔡亮

（上海眾誼建筑設(shè)計(jì)有限公司， 上海 200030）

水泥穩(wěn)定土是指在粉碎的或原來(lái)松散的土中， 摻入適當(dāng)比例的水泥， 經(jīng)過(guò)拌合、 壓實(shí)和養(yǎng)生后， 得到抗壓強(qiáng)度滿足使用需求的結(jié)構(gòu)材料。 典型的施工應(yīng)用包括公路、 高速公路、 鐵路地基、 停車場(chǎng)、 體育場(chǎng)、工業(yè)園區(qū)、 機(jī)場(chǎng)、 大壩、 回填和填方。 與傳統(tǒng)的土體置換方法相比， 水泥穩(wěn)定土是一種成本更低、 更加節(jié)約資源的處理方法， 而且它充分利用原有的土壤材料， 通過(guò)添加水泥作穩(wěn)定劑拌入現(xiàn)有承載力不足的土壤中， 就地轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的筑路材料， 在目前國(guó)家大力倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展和建筑節(jié)能的背景下， 具有廣泛應(yīng)用的重要意義。

1 工程概況及重難點(diǎn)分析

維特根 (中國(guó)) 機(jī)械有限公司增資建設(shè)年產(chǎn)2970臺(tái)建筑機(jī)械項(xiàng)目為工業(yè)生產(chǎn)廠房項(xiàng)目， 位于河北省廊坊市， 占地面積 43，284.8m， 包括生產(chǎn)廠房、 附屬辦公樓、 成品倉(cāng)庫(kù)及維修車間等單體。 因生產(chǎn)和倉(cāng)儲(chǔ)重型機(jī)械設(shè)備所需， 全場(chǎng)地均采用水泥穩(wěn)定土進(jìn)行地基處理， 設(shè)計(jì)水泥穩(wěn)定土層總厚度達(dá)到110cm。 然而目前超厚水泥穩(wěn)定土的施工工藝還處于探索階段， 國(guó)內(nèi)規(guī)范也指出混合料碾壓成型后每層的最大攤鋪厚度宜不大于20cm， 只有具備足夠的攤鋪能力和壓實(shí)功率時(shí)方可增加厚度， 但對(duì)于具體的攤鋪能力和壓實(shí)功率并未給出量化指導(dǎo)和要求， 同時(shí)超厚水泥穩(wěn)定土分層過(guò)多存在著施工工藝弊端、 質(zhì)量隱患和經(jīng)濟(jì)效益低下等問(wèn)題。 考慮到本工程施工作業(yè)量較大， 厚度超深， 施工難度大， 遂將水泥穩(wěn)定土分3 層鋪筑， 單層厚度達(dá)到40cm， 施工機(jī)械采用WR250 冷再生機(jī)進(jìn)行混合料拌合作業(yè)， 采用羊足碾進(jìn)行初始碾壓， 采用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行最終碾壓和收面， 并且采用變形模量Ev2 指標(biāo)和壓實(shí)系數(shù)作為過(guò)程控制水泥穩(wěn)定土底基層的強(qiáng)度和壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)， 進(jìn)而保證超厚水泥穩(wěn)定土的施工質(zhì)量。

2 施工關(guān)鍵控制措施

1) 國(guó)內(nèi)一般采用壓實(shí)度指標(biāo)作為基層設(shè)計(jì)及施工中回填土的壓實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)， 但僅靠壓實(shí)度參數(shù)來(lái)反映填土的壓實(shí)質(zhì)量具有一定的局限性。 雖然地基系數(shù)也是反映基層土強(qiáng)度及變形關(guān)系的參數(shù)， 但試驗(yàn)的荷載-沉降曲線是一次加載得出的， 其沉降變形包括了填料的彈性變形和塑性變形。 變形模量Ev2 的荷載-沉降曲線是在逐級(jí)加載后逐級(jí)卸載， 再二次加載得出， 可認(rèn)為其沉降變形消除了填料的塑性變形， 測(cè)試結(jié)果離散性小， 更能反映基土的真實(shí)強(qiáng)度， 因此采用強(qiáng)度及變形指標(biāo)作為填土質(zhì)量控制參數(shù)更具有可靠性和合理性。

2) 變形模量Ev2 值反映了基層的承載力指標(biāo)，基層壓實(shí)質(zhì)量越好， Ev2 值越大。 采用變形模量Ev2評(píng)價(jià)基層壓實(shí)質(zhì)量時(shí)， 不僅要求變形模量Ev2 達(dá)到規(guī)定指標(biāo)， 同時(shí)應(yīng)對(duì)Ev2/Ev1 比值有具體要求。 因?yàn)榧词笶v2 達(dá)標(biāo)， 如果Ev2/Ev1 比值偏大， 說(shuō)明一次變形模量Ev1 值小， 即基層的塑性變形較大， 基層壓實(shí)就不充分。 《德國(guó)交通區(qū)域開(kāi)挖工程補(bǔ)充合同技術(shù)條款和規(guī)定》 (ZTVE-StB97) 中要求Ev2/Ev1≤2.5。

3) 本工程要求 Ev2 檢測(cè)值在24 小時(shí)后達(dá)到60MPa， 且同時(shí)滿足Ev2/Ev1≤2.5， 以此判斷水泥穩(wěn)定土的壓實(shí)狀況， 相較于常規(guī)壓實(shí)度檢測(cè)如環(huán)刀法，灌沙法等， 通過(guò)Ev2 及其與Ev1 的比值可以更加準(zhǔn)確的評(píng)估底基層的承載力和變形量。 相比較于7 天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)， Ev2 檢測(cè)更為快速方便。

4) 水泥穩(wěn)定土在施工完成后通常會(huì)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待7 天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果合格后再進(jìn)入下一輪工序。 因本工程采用彈性模量EV2 和壓實(shí)度指標(biāo)雙重管控， 且三層皆采用相同的施工機(jī)械及碾壓工藝， 故在壓實(shí)度和彈性模量EV2 滿足設(shè)計(jì)要求后即開(kāi)始下一道工序的施工， 做到上下兩層連續(xù)攤鋪， 從而有效改善層間結(jié)合狀態(tài)， 縮短施工周期。

為滿足工期要求并提高拌合質(zhì)量， 采用WR250冷再生機(jī)進(jìn)行混合料拌合作業(yè)。 普通路拌機(jī)的最大拌合深度為30cm， 拌合寬度為2m， 有效行進(jìn)速度為6.78m/min 左右， 理想工作性能為 4000 ～8500m， 而WR250 冷再生機(jī)的最大拌合深度可達(dá)56cm， 拌合寬度為2.4m， 有效行進(jìn)速度為8m/min， 理想工作性能為每天 6000 ～12000m。 比較兩者可知， WR250 冷再生機(jī)的性能參數(shù)更優(yōu)越， 工作效率相比較相差一倍及以上。 另外普通路拌機(jī)在拌和時(shí)會(huì)出現(xiàn)均勻度不達(dá)標(biāo)的情況， 會(huì)存在漏拌土塊現(xiàn)象。 WR250 冷再生拌和機(jī)的特制轉(zhuǎn)子使得拌和更均勻， 水泥土碾壓后黏合更密實(shí)。

為保證混合料的壓實(shí)度采用羊足碾對(duì)拌合后的水泥穩(wěn)定土進(jìn)行初始碾壓。 單鋼輪壓路機(jī)系列300 凸塊式單鋼輪壓路機(jī)， 最大工作質(zhì)量20.800kg， 振動(dòng)頻率， 前 I/II=27/30Hz； 振 幅， 前 I/II， 1.85/1，10mm； 激振力， 前 I/II=331/242KN。 羊足碾單位壓力大， 使填料均勻， 有搗實(shí)作用， 壓實(shí)度大， 適用于壓實(shí)粘性土壤及碎石層。 尤其對(duì)于硬性粘土， 凸塊有攪拌、 揉搓和搗實(shí)作用， 使填料均勻， 上下鋪層粘結(jié)好避免分層。 由于羊腳底面面積小， 因而單位壓力大且錐形的羊腳插入土層時(shí)， 對(duì)周圍土體還產(chǎn)生側(cè)向擠壓作用， 其壓實(shí)過(guò)程是自下而上， 故壓實(shí)均勻， 效果好。 由于土面形成了大量羊腳坑， 有利于上下土層的結(jié)合， 省去了刨毛工序， 增加了填方的整體性和抗?jié)B能力。 另外本場(chǎng)地土質(zhì)不屬于砂性土， 不會(huì)因?yàn)檠蚰_從行進(jìn)的后方由土中拔出時(shí)將剛剛壓實(shí)的砂性土翻松， 以致得不到實(shí)際的壓實(shí)。

為進(jìn)一步提高混合料的密實(shí)度， 減少鋪層內(nèi)部的殘余變形， 遂采用膠輪壓路機(jī)對(duì)水泥穩(wěn)定土層進(jìn)行最終碾壓和收面。 三一重工SPR300C-8 輪胎壓路機(jī)，最大工作質(zhì)量30.000kg， 輪胎平均接地比壓200 ～545/200 ～460kPa， 輪胎充氣壓力 200 ～800kPa。 用鋼輪壓路機(jī)碾壓后， 會(huì)出現(xiàn)一定程度的推移現(xiàn)象， 即滾筒前側(cè)的混合料受壓力進(jìn)行橫向移動(dòng)， 在壓實(shí)后有可能產(chǎn)生裂縫。 而膠輪壓路機(jī)是揉搓式的壓實(shí)， 使上表面更加緊密， 壓實(shí)效果更佳， 在一定程度上也能提高鋪層的平整度。

3 主要施工工藝

3.1 準(zhǔn)備工作

本工程采用32.5 PSB礦渣硅酸鹽水泥， 水泥摻量為4%， 就地利用原有的土壤材料作為被穩(wěn)定材料。

根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)得到含水率與干密度關(guān)系曲線圖，據(jù)此確定本工程水泥穩(wěn)定土最佳含水率和最大干密度取值。

組織技術(shù)交底， 交底內(nèi)容主要包括材料要求、 機(jī)具準(zhǔn)備、 作業(yè)條件、 工藝流程、 操作工藝、 質(zhì)量要求、 成品保護(hù)措施、 安全注意事項(xiàng)、 環(huán)保措施等， 確保所有施工人員理解和明白施工工藝和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 工藝流程

土方開(kāi)挖→放線定位→鋪土平整→含水率檢測(cè)→初步壓實(shí)→水泥撒布→拌和→羊足碾碾壓→平整→光輪壓路機(jī)碾壓→膠輪壓路機(jī)碾壓→壓實(shí)度和含水率檢測(cè)→養(yǎng)護(hù)→EV2 檢測(cè)

水在渠中流動(dòng)，單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)的距離，叫做流速，它的單位是米/秒，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一橫斷面水的體積，叫做流量，單位是米3/秒或公升/秒。若某渠觀測(cè)地點(diǎn)的過(guò)水橫斷面積是1平方米，水每秒流動(dòng)1米，則通過(guò)流量為1米3/秒(1米3/秒=1000公升/秒)，通常稱為“一個(gè)水”。

3.3 含水率檢測(cè)

1) 選擇場(chǎng)地土樣本， 采用烘干法或酒精燃燒法進(jìn)行含水率檢測(cè)； 2) 如果土層含水率偏高， 則可對(duì)其進(jìn)行翻曬； 如果偏低， 則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行灑水補(bǔ)充。 通過(guò)試驗(yàn)量化補(bǔ)水需求量， 見(jiàn)表1。

表1 補(bǔ)水量化表

3) 補(bǔ)水或翻曬后復(fù)測(cè)含水率， 以在最佳施工含水率±1%范圍為宜。

3.4 初步壓實(shí)

采用悍馬320 壓路機(jī)對(duì)原狀土進(jìn)行碾壓， 靜壓不開(kāi)振動(dòng)， 行駛速度不超過(guò)2km/h， 確保原狀土的壓實(shí)度不小于85%。

3.5 水泥撒布

1) 用石灰畫(huà)出水泥灑布車的撒布范圍； 2) 設(shè)定水泥撒布車的撒布寬度， 撒布車速， 材料密度等參數(shù)， 一般在實(shí)際施工時(shí)摻入的水泥劑量應(yīng)比室內(nèi)試驗(yàn)確定的劑量多0.5%～1.0%； 3) 在撒布前進(jìn)行試驗(yàn)，在平地上鋪展彩條布， 按照設(shè)定計(jì)量撒布， 稱重反算其是否符合要求； 4) 在撒布過(guò)程中進(jìn)行檢查， 使用提前制作的1m*1m的金屬托盤， 放置在施工區(qū)域，相當(dāng)于隨機(jī)抽取1m的水泥撒布量， 以此檢測(cè)和管控水泥用量。

3.6 拌和

采用WR250 冷再生機(jī)進(jìn)行拌合。 拌和混合料時(shí)縱向相鄰拌和段重疊拌和2m以上， 橫向相鄰拌和重疊拌和25cm以上。 從兩側(cè)向中間方向進(jìn)行拌和， 拌和速度控制在13.3km/h 左右， 注意隨時(shí)檢查翻拌深度和混合料狀態(tài)， 確保表面色澤均勻， 沒(méi)有灰條、 灰團(tuán)和花面。 采用EDTA滴定法檢測(cè)實(shí)際拌合水泥量和均勻性。 若水泥量不足或不均勻， 應(yīng)補(bǔ)充撒鋪水泥，重新拌和直至滿足要求。 及時(shí)檢查含水量， 使含水量等于略大于最佳含水量1%～2%。 若含水量小于最佳含水量則需及時(shí)補(bǔ)水。 隨時(shí)檢查拌和深度， 應(yīng)到達(dá)穩(wěn)定層底并宜侵入下承層5 ～10mm。

3.7 羊足碾碾壓

碾壓時(shí)遵循 “先慢后快、 先輕后重、 先低后高”原則， 壓路機(jī)輪跡重疊1/2 輪， 后輪超過(guò)兩段的接縫。 其他碾壓機(jī)械同理。 先靜壓1 遍， 壓路機(jī)行駛速度控制在1.7km/h。 再輕振2 遍， 行駛速度控制在2.5km/h。 碾壓過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)表層松散、 起皮時(shí)可適當(dāng)灑水。 如發(fā)現(xiàn)局部有 “彈簧土” 現(xiàn)象時(shí)應(yīng)及時(shí)翻開(kāi)重新拌和或換填新的混合料。

3.8 平整

3.9 光輪壓路機(jī)碾壓

先靜壓1 遍， 行駛速度控制在1.7km/h。 再輕振2 遍， 行駛速度控制在2.5km/h。

3.10 膠輪壓路機(jī)碾壓

靜壓2 遍， 第1 遍行駛速度控制在 1.5km/h， 第2 遍行駛速度控制在2.5km/h。

4 質(zhì)量關(guān)鍵控制點(diǎn)

4.1 水泥劑量和均勻性

優(yōu)先采用水泥撒布車。 水泥撒布車可以保證撒布更加均勻， 且機(jī)械化作業(yè)效率高， 水泥撒布量可以精確控制， 直接提高了水泥的有效利用率， 保證了混合料的拌合質(zhì)量， 同時(shí)在施工過(guò)程中降低了揚(yáng)塵現(xiàn)象，減少了對(duì)環(huán)境的污染。

4.2 延遲時(shí)間

從加水拌合開(kāi)始到碾壓終了的延遲時(shí)間直接影響著水泥穩(wěn)定土的壓實(shí)度和強(qiáng)度， 延遲時(shí)間越長(zhǎng)則水泥穩(wěn)定土的干密度和強(qiáng)度的損失越大。 國(guó)內(nèi)外工程施工中通常將延遲時(shí)間控制在2h 左右， 一般取初凝時(shí)間與容許延遲時(shí)間較短的時(shí)間作為施工控制時(shí)間。 主要可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制: 1) 選用初凝時(shí)間3h以上， 終凝時(shí)間大于6h 且小于10h 的水泥。 水泥的終凝時(shí)間較長(zhǎng)， 對(duì)水泥土混合料的干密度及抗壓強(qiáng)度的影響就較小。 普通硅酸鹽水泥、 礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥都可采用， 但不應(yīng)采用快硬水泥或早強(qiáng)水泥； 2) 水泥材料的供應(yīng)效率也將影響施工段的整體延遲時(shí)間， 可通過(guò)選定一家甚至多家合格的水泥供應(yīng)商來(lái)保證供應(yīng)的持續(xù)及時(shí)； 3) 充分考慮施工機(jī)械可能發(fā)生的故障因素， 盡量采用工作效率高的施工機(jī)械， 安排熟練的施工操作人員， 配置足夠的機(jī)械數(shù)量， 應(yīng)用流水作業(yè)施工方法， 安排和施工機(jī)械、人工、 材料效率相匹配的工作量， 使攤鋪、 補(bǔ)水、 拌和、 平整和碾壓等工序緊密銜接， 盡可能縮短從加水拌和到壓實(shí)的持續(xù)時(shí)間。

4.3 含水率

水泥穩(wěn)定土的最佳施工含水率需要依照實(shí)驗(yàn)室擊實(shí)試驗(yàn)得出的最佳含水率， 以及考慮摻入的水泥水化和硬化作用所需的用水量， 并適當(dāng)考慮碾壓過(guò)程中水分的蒸發(fā)和流失。 當(dāng)水泥穩(wěn)定土混合料中的含水量過(guò)小和過(guò)大時(shí)， 都會(huì)導(dǎo)致混合料的壓實(shí)度和強(qiáng)度會(huì)受到負(fù)面影響， 甚至出現(xiàn)干縮裂縫等不良現(xiàn)象， 可以說(shuō)含水率的高低也直接影響著水泥穩(wěn)定土的形成質(zhì)量。 實(shí)際施工過(guò)程中大面積土層含水率的精確控制并不容易，同時(shí)降雨和高溫等天氣都會(huì)對(duì)水泥穩(wěn)定土的含水量產(chǎn)生不可精準(zhǔn)預(yù)測(cè)的影響。 這就要求在施工過(guò)程中必須多次多點(diǎn)監(jiān)測(cè)實(shí)際含水量， 提前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灑水和翻曬試驗(yàn)得出具體數(shù)據(jù)， 以便指導(dǎo)接下來(lái)的大面積施工作業(yè)。

4.4 土質(zhì)變化

根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范， 符合采用水泥來(lái)穩(wěn)定的材料的技術(shù)要求為液限不大于40%， 塑性指數(shù)不大于17。只有當(dāng)被穩(wěn)定材料中含有一定量的碎石或礫石， 且小于0.6mm的顆粒含量在30%以下時(shí)， 塑性指數(shù)可大于17， 且土的均勻系數(shù)應(yīng)大于5， 但同時(shí)也受到級(jí)配、 最大粒徑等方面的限制。 在實(shí)際施工過(guò)程中， 場(chǎng)地的土質(zhì)往往會(huì)發(fā)生變化， 如果未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)此情況則很可能會(huì)導(dǎo)致施工質(zhì)量達(dá)不到工程要求。 因此應(yīng)每2000m取2 個(gè)樣品， 進(jìn)行液限、 塑限和顆粒分析檢測(cè)， 視情況做有機(jī)質(zhì)和硫酸鹽含量檢測(cè)。 當(dāng)出現(xiàn)不一樣的土質(zhì)情況時(shí)， 可以采取以下步驟: 判斷此類土質(zhì)是否符合拌合水泥穩(wěn)定土施工， 可以利用現(xiàn)場(chǎng)其他的合格土質(zhì)進(jìn)行混合或者換填， 重新挑選土樣送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)， 重新檢測(cè)其最優(yōu)含水率和最大干密度等等， 以此作為施工質(zhì)量把控的新依據(jù)。

4.5 碾壓機(jī)械和遍數(shù)

在碾壓的過(guò)程中， 選擇較輕的碾壓設(shè)備如低于18t以下的碾壓機(jī)， 即使增加碾壓遍數(shù)也很難達(dá)到97%的壓實(shí)度。 但同時(shí)也須避免過(guò)度碾壓， 它會(huì)導(dǎo)致水泥穩(wěn)定土產(chǎn)生剪切破壞， 因此通過(guò)試驗(yàn)段在實(shí)現(xiàn)壓實(shí)度達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上確定理想的碾壓遍數(shù)和組合是非常必要的。

4.6 接縫處理

如果在攤鋪時(shí)因意外情況中斷時(shí)間大于2h， 應(yīng)設(shè)置橫向接縫并按規(guī)范要求處理。 未進(jìn)行及時(shí)處理則需要將攤鋪機(jī)附近及其下面未經(jīng)壓實(shí)的混合料鏟除， 并將碾壓密實(shí)且高程和平整度符合要求的末端挖成與路中心線垂直并垂直向下的斷面， 再攤鋪新的混合料。

其他過(guò)程中常規(guī)質(zhì)量控制點(diǎn)包括縱斷高程， 攤鋪厚度， 攤鋪寬度， 橫坡度， 平整度， 原材料品質(zhì)， 虛鋪系數(shù)， 水泥拌合均勻性， 碾壓前后含水率， 碾壓遍數(shù)， 機(jī)械行駛速度等。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 超厚水泥穩(wěn)定土采用此施工工藝可以取得良好的施工效益， 而采用變形模量Ev2 指標(biāo)可以有效的檢測(cè)和把控施工質(zhì)量。 隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步， 機(jī)械化施工技術(shù)將成為主流， 更多的施工工藝和檢測(cè)方案也將逐步完善優(yōu)化， 為提高施工效率和保證質(zhì)量提供更為理想的保障措施。