□艾東鳳（河南省水利第二工程局）

一、引言

南水北調(diào)中線一期總干渠膨脹土試驗(yàn)段工程(南陽(yáng)段)是中線總干渠工程的一部分，位于陶岔～沙河南段南陽(yáng)市境內(nèi)，全長(zhǎng)2.05km，其中樁號(hào)100+500～101+850為弱膨脹土渠段，樁號(hào)101+850～102+550為中膨脹土渠段。渠道設(shè)計(jì)流量為340m3/s，加大流量為410m3/s，設(shè)計(jì)水深7.5m，加大水深8.23m。設(shè)計(jì)斷面為半挖半填渠道和挖方渠道，采用梯形斷面，縱坡比為1/25000，邊坡系數(shù)1：2.0，渠底寬22m，最大挖深約19.2m，最大填高約5.5m。試驗(yàn)段布置有城-A級(jí)跨渠公路橋及公路-Ⅱ級(jí)生產(chǎn)橋各1座。

二、試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案，將試驗(yàn)段劃分為：填方試驗(yàn)區(qū)、弱膨脹土挖方試驗(yàn)區(qū)和中膨脹土挖方試驗(yàn)區(qū)，共分13個(gè)亞區(qū)。每個(gè)亞區(qū)長(zhǎng)80～120m，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牟贾貌煌脑囼?yàn)方案。渠坡處理試驗(yàn)方案采用有非膨脹土換填、水泥改性土換填、土工格柵膨脹土換填、土工袋膨脹土換填及砂礫料鋪設(shè)等形式，研究適合膨脹土渠道開(kāi)挖、回填碾壓、地基處理的施工技術(shù)與工藝，確定影響施工質(zhì)量的控制指標(biāo)。

摻加一定比例的水泥對(duì)膨脹土進(jìn)行改性是目前處理膨脹土的主要方法之一，水泥的摻入改變了膨脹土的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，從而改變了膨脹土的物理力學(xué)性質(zhì)，通過(guò)水泥與膨脹土的離子交換及團(tuán)?；饔?、硬凝反應(yīng)及碳酸反應(yīng)，可以有效地改良土的膨脹性。

按照試驗(yàn)研究要求和施工合同文件約定，選定試驗(yàn)段“填Ⅱ區(qū)”至“臨時(shí)蓄水池”之間的渠道場(chǎng)區(qū)內(nèi)布置填筑碾壓施工工藝試驗(yàn)場(chǎng)地，開(kāi)展了弱膨脹水泥改性土土樣擊實(shí)、碾壓遍數(shù)、弱膨脹土水泥改性拌和、利用料復(fù)核等施工工藝試驗(yàn)，并在邊坡填筑試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了渠坡?lián)Q填弱膨脹水泥改性土施工工藝試驗(yàn)，取得用以指導(dǎo)渠道換填弱膨脹水泥改性土施工的填筑碾壓施工參數(shù)。

三、弱膨脹水泥改性土主要試驗(yàn)

（一）試驗(yàn)準(zhǔn)備

首先在總干渠樁號(hào)Z100+760～Z101+110內(nèi)布置試驗(yàn)場(chǎng)地，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行清理和平整后，在其上攤鋪一層厚約30cm的弱膨脹土墊層料做試驗(yàn)基層，并用20t振動(dòng)平碾對(duì)其碾壓10遍。每區(qū)試驗(yàn)面積均為6m×10m，試驗(yàn)場(chǎng)布置區(qū)的平整度不超過(guò)5cm。從渠道弱膨脹土Ⅲ區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)開(kāi)采試驗(yàn)土料，運(yùn)至試驗(yàn)場(chǎng)堆土區(qū)，翻曬至最優(yōu)含水率后備用。水泥采用復(fù)合硅酸鹽水泥（P.C32.5）。

（二）弱膨脹土機(jī)械選型碾壓試驗(yàn)

使用20t的凸塊碾和20t汽胎碾，分別對(duì)鋪填厚度為30cm，含水率約22%的弱膨脹土土料按照設(shè)計(jì)規(guī)定的碾壓遍數(shù)（8遍）進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。根據(jù)碾壓后土料最大干密度大小，確定最佳碾壓機(jī)械，并用于后續(xù)試驗(yàn)中。試驗(yàn)結(jié)論如下：20t汽胎碾碾壓區(qū)Ⅱ-1-②試驗(yàn)塊區(qū)的平均含水率為22.2%，平均干密度為1.47g/cm3；20t凸塊碾碾壓區(qū)Ⅱ-1-①試驗(yàn)塊區(qū)的平均含水率為21.5%，平均干密度為1.59g/cm3。此次試驗(yàn)檢測(cè)成果表明，在同樣的試驗(yàn)條件下，對(duì)同一種土料使用20t凸塊碾進(jìn)行壓實(shí)的效果較好。

（三）弱膨脹土水泥改性拌和工藝試驗(yàn)

對(duì)水泥摻量嚴(yán)格控制在4%、拌和前含水率嚴(yán)格控制在20.8%的弱膨脹土，使用路拌機(jī)分別拌和2～6遍后，在試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)中部分別取樣6個(gè)(每次拌和后的取樣點(diǎn)在同一位置)，測(cè)定弱膨脹土水泥改性土中水泥摻量的均勻度。試驗(yàn)結(jié)果如下：弱膨脹土水泥改性工藝試驗(yàn)中，水泥在拌和2～3遍的均勻性較差；4～5遍拌和均勻性逐漸趨于穩(wěn)定，拌和6遍的與標(biāo)準(zhǔn)曲線上的水泥劑量較接近，水泥劑量檢測(cè)結(jié)果均＞設(shè)計(jì)4%摻和量。

（四）渠坡?lián)Q填弱膨脹土水泥改性土碾壓機(jī)械選型工藝試驗(yàn)

對(duì)2組水泥摻量均嚴(yán)格控制在4%、采用設(shè)計(jì)要求的弱膨脹土土料分2個(gè)區(qū)鋪土，2組試驗(yàn)使用路拌機(jī)分別拌和4遍、拌和3遍后根據(jù)拌和前含水率，考慮兩組試驗(yàn)4個(gè)百分點(diǎn)的含水率損失，對(duì)2組試驗(yàn)土料加水至水泥改性土設(shè)計(jì)要求的含水率范圍內(nèi)。測(cè)定2組3遍、4遍的弱膨脹土水泥改性土中水泥摻量的均勻度，4遍拌和全部完成后，用裝載機(jī)將拌和完成后的土料鏟至1：2的邊坡填筑試驗(yàn)場(chǎng)。兩組鋪土厚度均為30cm，分別采用20t凸塊碾和20t振動(dòng)平碾對(duì)兩組試驗(yàn)?zāi)雺?遍，測(cè)其含水率和水泥含量。試驗(yàn)結(jié)論如下：本次兩組弱膨脹土水泥改性工藝試驗(yàn)中，水泥3遍拌和均勻性逐漸趨于穩(wěn)定，拌和4遍的與標(biāo)準(zhǔn)曲線上的水泥劑量較接近，水泥劑量檢測(cè)結(jié)果平均大于設(shè)計(jì)4%摻和量，碾壓后水泥劑量檢測(cè)結(jié)果偏小。碾壓區(qū)弱膨脹土水泥改性土機(jī)械選型試驗(yàn)塊區(qū)20t振動(dòng)平碾碾壓區(qū)的壓實(shí)度為98%；20t凸塊碾碾壓區(qū)的壓實(shí)度為96%。

（五）渠坡?lián)Q填弱膨脹水泥改性土碾壓遍數(shù)工藝試驗(yàn)其一

對(duì)三組水泥摻量均嚴(yán)格控制在4%、采用設(shè)計(jì)要求的弱膨脹土土料分三個(gè)區(qū)鋪土，三組試驗(yàn)使用路拌機(jī)拌和4遍，路拌過(guò)程中，考慮土料含水率的損失，對(duì)三組試驗(yàn)土料加水4～5個(gè)百分點(diǎn)。測(cè)定三組拌和4遍的弱膨脹水泥改性土中水泥摻量的均勻度。4遍拌和全部完成后，用裝載機(jī)將拌和完成后的土料鏟至1：2的邊坡填筑試驗(yàn)場(chǎng)。三組鋪土厚度均為30±1cm，均采用20t凸塊碾對(duì)三組試驗(yàn)分別碾壓6、8、10、12、14遍，測(cè)其干密度、含水率和水泥含量。試驗(yàn)結(jié)論如下：本次三組弱膨脹水泥改性工藝試驗(yàn)中，路拌4遍后的試樣測(cè)定的水泥劑量大于或接近于設(shè)計(jì)要求的4%的水泥摻量；碾壓6、8、10遍后的水泥劑量檢測(cè)結(jié)果均偏小，但碾壓6遍的檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)要求的較接近。碾壓區(qū)弱膨脹土水泥改性土碾壓遍數(shù)試驗(yàn)塊區(qū)Ⅲ區(qū)10遍碾壓區(qū)的平均干密度為1.594，壓實(shí)度為96.6%；Ⅱ區(qū)8遍碾壓區(qū)的平均干密度為1.572，壓實(shí)度為95.3%；Ⅰ區(qū)6遍碾壓區(qū)的平均干密度為1.567，壓實(shí)度為95.0%。碾壓區(qū)弱膨脹土水泥改性土碾壓遍數(shù)試驗(yàn)塊區(qū)12遍碾壓的平均干密度為1.59，壓實(shí)度為96.4%；14遍碾壓的平均干密度為1.56，壓實(shí)度為94.5%。

（六）渠坡?lián)Q填弱膨脹水泥改性土碾壓遍數(shù)工藝試驗(yàn)其二

對(duì)兩組水泥摻量均嚴(yán)格控制在3%、采用設(shè)計(jì)要求的弱膨脹土土料分2個(gè)區(qū)鋪土，兩組試驗(yàn)使用路拌機(jī)拌和4遍，路拌過(guò)程中，考慮土料含水率的損失，對(duì)兩組試驗(yàn)土料加水4～5個(gè)百分點(diǎn)。測(cè)定路拌4遍后的弱膨脹水泥改性土中水泥摻量的均勻度。4遍拌和全部完成后，用裝載機(jī)將拌和完成后的土料鏟至1：2的邊坡填筑試驗(yàn)場(chǎng)。兩組鋪土厚度均為30±1cm，均采用20t凸塊碾對(duì)兩組試驗(yàn)分別碾壓12、14遍，測(cè)其干密度、含水率。試驗(yàn)結(jié)論如下：本次弱膨脹水泥改性工藝試驗(yàn)中，路拌4遍后的試樣測(cè)定的水泥劑量均大于設(shè)計(jì)要求的3%的水泥摻量。碾壓區(qū)弱膨脹土水泥改性土碾壓遍數(shù)試驗(yàn)塊區(qū)12遍碾壓區(qū)的平均干密度為1.60g/cm3，壓實(shí)度為97.0%；14遍碾壓區(qū)的平均干密度為1.62g/cm3，壓實(shí)度為98.2%；碾壓14遍的平均干密度較大。

（七）弱膨脹水泥改性土利用料復(fù)核工藝試驗(yàn)

對(duì)水泥摻量嚴(yán)格控制在3%、采用設(shè)計(jì)要求的弱膨脹土土料鋪土，試驗(yàn)使用路拌機(jī)拌和4遍，路拌過(guò)程中，考慮土料含水率的損失，對(duì)試驗(yàn)土料加水3～4個(gè)百分點(diǎn)。測(cè)定路拌4遍的弱膨脹水泥改性土中水泥摻量的均勻度；4遍拌和全部完成后，首先,將其中一半水泥土料用裝載機(jī)運(yùn)至1：2的邊坡填筑試驗(yàn)場(chǎng)。鋪土厚度為30±1cm，采用20t凸塊碾碾壓12遍，測(cè)其干密度、含水率﹑自由膨脹率﹑無(wú)荷載膨脹率。7d、14d﹑28d分別測(cè)其自由膨脹率﹑無(wú)荷載膨脹率。其次，另外一半水泥土料放置14d重新加水拌和。拌和全部完成后用裝載機(jī)將土料鏟至1：2的邊坡填筑試驗(yàn)場(chǎng)。鋪土厚度為30±1cm，采用20t凸塊碾碾壓12遍，測(cè)其干密度、含水率﹑自由膨脹率﹑無(wú)荷載膨脹率，14d分別測(cè)其自由膨脹率﹑無(wú)荷載膨脹率。試驗(yàn)結(jié)論如下：次弱膨脹水泥改性工藝試驗(yàn)中，路拌4遍后的試樣測(cè)定的水泥劑量接近于設(shè)計(jì)要求的3%的水泥摻量。從檢測(cè)的自由膨脹率和無(wú)荷載膨脹率結(jié)果看，本次弱膨脹土水泥改性試驗(yàn)已達(dá)到改性目的。弱膨脹土水泥改性土利用料試驗(yàn)塊區(qū)碾壓的平均干密度為1.60，壓實(shí)度為96%；14d碾壓的平均干密度為1.59，壓實(shí)度為95%。

四、渠坡?lián)Q填弱膨脹水泥改性土碾壓遍數(shù)工藝試驗(yàn)過(guò)程

（一）測(cè)量基層高程

首先用推土機(jī)對(duì)碾壓場(chǎng)區(qū)內(nèi)選定的試驗(yàn)塊進(jìn)行整平壓實(shí)，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人在基層用石灰撒出試驗(yàn)分區(qū)線，按照要求同監(jiān)理人員測(cè)量基層高差并記錄數(shù)據(jù)，滿足設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行土料鋪設(shè)。

（二）拌和

在兩組試驗(yàn)塊區(qū)上滿鋪含水率符合設(shè)計(jì)要求的弱膨脹土土料，用推土機(jī)進(jìn)行粗略整平后，再用人工帶線進(jìn)行精確整平，兩組試驗(yàn)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)厚度進(jìn)行控制，并按設(shè)計(jì)要求水泥摻量3%計(jì)算出相應(yīng)的水泥用量；在虛鋪土面上用白灰打上方格，準(zhǔn)確算出每個(gè)方格上需要鋪設(shè)的水泥，再由人工進(jìn)行袋裝水泥的鋪設(shè)工作，攤鋪水泥力求鋪設(shè)均勻。鋪水泥后路拌4遍，拌和過(guò)程中，對(duì)已拌和的水泥改性土進(jìn)行加水，調(diào)至設(shè)計(jì)要求的含水率范圍內(nèi)。

（三）鋪料

兩組試驗(yàn)土料拌和4遍全部完成后，用裝載機(jī)分別將拌和完成的兩組拌和后的土料鏟至1：2的試驗(yàn)場(chǎng)鋪筑，鋪土厚度30±1cm。

（四）碾壓

按照要求，在兩組水泥改性土碾壓遍數(shù)試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)上，使用20t凸塊碾分別對(duì)土料碾壓12、14遍。

（五）取樣

兩組試驗(yàn)土料攤鋪水泥拌和4次后，由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員在試驗(yàn)塊中下部取樣6個(gè)并用塑料袋封裝試驗(yàn)樣品，同時(shí)將拌和遍數(shù)的記錄放在相應(yīng)每個(gè)樣品塑料袋內(nèi)。裝載機(jī)把兩組已拌和好的水泥改性土土料鏟至1：2的試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)，攤鋪平整后分別對(duì)其碾壓12、14遍，每組試驗(yàn)?zāi)雺和瓿珊笤谄渚鄡?nèi)邊坡約0.8m和1.86m處中下部各取6個(gè)土樣檢測(cè)含水率及干密度。

（六）檢測(cè)

在試驗(yàn)室內(nèi)，分別對(duì)碾壓現(xiàn)場(chǎng)的取樣進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)其含水率和干密度。

五、試驗(yàn)結(jié)論及推薦施工參數(shù)

一是弱膨脹土在摻入3%的水泥后，在摻入水泥初期，由于水化作用，膨脹土由粉質(zhì)粘土或粘土很快變成重粉質(zhì)壤土或中粉質(zhì)壤土，自由膨脹率及膨脹力均呈快速下降趨勢(shì)，膨脹性持續(xù)緩慢減弱，具有很好的改性效果。

二是開(kāi)采的弱膨脹土料拌和前應(yīng)破碎，保證攤鋪厚度均勻、平整。

三是在水泥改性土拌和前，應(yīng)選用現(xiàn)場(chǎng)有代表性的弱膨脹土做室內(nèi)EDTA滴定試驗(yàn)，測(cè)繪水泥含量標(biāo)準(zhǔn)曲線，以便檢測(cè)水泥改性土含量。

四是采用路拌機(jī)或穩(wěn)定土拌和機(jī)拌和，穩(wěn)定土拌和機(jī)拌和生產(chǎn)效率高，對(duì)環(huán)境影響小，大規(guī)模施工時(shí)推薦采用穩(wěn)定土拌和機(jī)方案。

五是采用弱膨脹土水泥改性時(shí)，弱膨脹土拌制前含水率宜控制在20%～22%（根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程（Sl237-1999）》檢測(cè)），拌和過(guò)程中加水4～5個(gè)百分點(diǎn)。拌和完成后，每拌和場(chǎng)次在≯300m3水泥改性土中抽測(cè)≮6個(gè)樣，測(cè)定水泥含量（根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程（JTGE51—2009）》檢測(cè)），要求平均值≮設(shè)計(jì)摻水泥量，標(biāo)準(zhǔn)差≯0.7。

六是施工時(shí)鋪土厚度30cm（±2cm），采用進(jìn)占法鋪料，20t凸塊振動(dòng)碾碾壓，碾壓8～10遍。水泥改性土填筑壓實(shí)度控制在0.95～0.98范圍內(nèi)。

[1]吳新明，巫錫勇，周明波.水泥改良膨脹土試驗(yàn)研究[J].路基工程，2007，2（131）.