梁 劍 史振防 田進(jìn)寬

（1河南省沙潁河渦河近期治理工程建管局 漯河 462003 2黃河咨詢監(jiān)理有限責(zé)任公司 鄭州 450000）

1 引言

膨脹土是土中粘粒成份，主要由親水性強(qiáng)的蒙脫石、伊利石和高嶺土等礦物成分組成,吸水后體積膨脹，失水干縮，具有超固結(jié)性和多裂隙性,是一種具有膨脹結(jié)構(gòu)的高液限粘土。南水北調(diào)中線總干渠，穿越南陽膨脹土地區(qū)渠長279.7km，占南水北調(diào)中線總干渠總長的22.5%。如何破解膨脹土渠坡處理的這一技術(shù)難題，建立一套適合膨脹土渠道開挖及處理的施工技術(shù)與工藝，對(duì)于南水北調(diào)中線工程具有重要的意義。

2 水泥改性膨脹土膨脹率試驗(yàn)研究的目的

膨脹土摻加水泥進(jìn)行改性是為了消除膨脹土的膨脹性對(duì)渠坡的破壞影響，而膨脹土的脹縮是由膨脹率來體現(xiàn)的，所以研究水泥改性膨脹土的膨脹率是一個(gè)重要的突破點(diǎn)。通過試驗(yàn)，水泥改性膨脹土的膨脹率是由水泥的摻加量、水泥膨脹土作用時(shí)間、含水量及外約束力的因素決定的。因此，加強(qiáng)對(duì)水泥改性膨脹土的膨脹率試驗(yàn)方法的研究，合理選擇水泥摻量、最佳的含水量及把握施工中的合理碾壓時(shí)間對(duì)降低工程投資、縮短建設(shè)工期和節(jié)約施工成本具有重要的指導(dǎo)意義。本文將在大量室內(nèi)、外試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)水泥改性膨脹土的膨脹率的影響因素進(jìn)行探討。

3 試驗(yàn)材料選擇與試驗(yàn)方法

膨脹土采用南陽試驗(yàn)段中膨脹土，自由膨脹率Fs為83%。試驗(yàn)前，進(jìn)行碎土處理，使其破碎后的土料粒徑≤10cm，且大于5mm粒徑的顆粒含量不超過50%。水泥采用中國聯(lián)合水泥集團(tuán)有限公司南陽分公司生產(chǎn)的復(fù)合硅酸鹽水泥（P.C32.5）?！豆仿坊O(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD30-2004）推薦膨脹土評(píng)判指標(biāo)為：自由膨脹率Fs≥40%，判定為膨脹土，中膨脹土的自由膨脹率Fs判別標(biāo)準(zhǔn)為：60≤Fs＜90。

按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》，水泥改性膨脹土自由膨脹率試驗(yàn)方法氯離子滴定法，最大干密度采用輕型擊實(shí)試驗(yàn)，不同壓力下的膨脹率試驗(yàn)采用壓縮儀試驗(yàn)測定。

4 水泥改性膨脹土膨脹率的影響因素分析

影響水泥改性膨脹土膨脹率的因素有多方面。水泥改性膨脹土的水泥摻加量、干密度、含水率、水泥與膨脹土的作用時(shí)間及外界壓力等因素，都會(huì)對(duì)水泥改性膨脹土的膨脹率有不同程度的影響。本文將針對(duì)影響水泥改性膨脹土的這些因素，通過一系列的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析揭示水泥改性膨脹土的特性與脹縮規(guī)律。

4.1室內(nèi)試驗(yàn)

4.1.1不同水泥摻量下水泥改性土干密度表（見表1）

4.1.2擊實(shí)試驗(yàn)前不同水泥摻量水泥改性土自由膨脹率表（見表2）

4.2水泥的摻加量對(duì)水泥改性膨脹土自由膨脹率的影響

水泥摻量的多少?zèng)Q定著水泥改性膨脹土的自由膨脹率的大小，提高水泥摻量可適當(dāng)提高水泥膨脹土的干密度、壓實(shí)度，相應(yīng)地可降低水泥改性膨脹土的自由膨脹率（見表3）。以水泥不同摻量為橫坐標(biāo)，以自由膨脹率為豎坐標(biāo)，擊實(shí)試驗(yàn)前不同水泥摻量的自由膨脹率的變化曲線如圖1。由圖可知，當(dāng)水泥摻量為6%以上時(shí)，水泥改性膨脹土的自由膨脹率都能達(dá)到小于40%的要求，改性土符合非膨脹土的要求，或繼續(xù)增加摻加比例，自由膨脹率減小幅度不明顯，經(jīng)各方比選，6%的水泥摻量為水泥改性土的最佳摻加比例。

表1 不同水泥摻量下水泥改性土干密度表

4.3含水率對(duì)水泥改性膨脹土自由膨脹率的影響

膨脹土的脹縮變形與含水量的變化密切相關(guān)，吸水膨脹脫水收縮。改良后的水泥膨脹土和非膨脹土在對(duì)含水量的敏感性方面有較強(qiáng)的相似性?，F(xiàn)對(duì)水泥摻量6%的水泥改性膨脹土樣品，通過擊實(shí)試驗(yàn)（25擊）和自由膨脹率試驗(yàn)，分別尋找水泥改性膨脹土在不同含水量下的干密度和自由膨脹率。結(jié)果表明，6%摻量的水泥改性膨脹土隨著樣品含水率的增大，干密度呈現(xiàn)逐漸增大又減小的趨勢，最大干密度為1.62g/cm3，對(duì)應(yīng)的最佳含水量為20.3%，而自由膨脹率隨著含水率的增大而增大，增大幅度越來越小。

4.4作用時(shí)間對(duì)水泥改性膨脹土的自由膨脹率的影響

擊實(shí)試驗(yàn)后，將水泥改性膨脹土樣放置一定時(shí)間，在1天、5天、10天、15天、20天和30天，分別測定2%、4%、6%、8%和10%水泥含量改性膨脹土的自由膨脹率，見表4。

表2 擊實(shí)試驗(yàn)前不同水泥摻量下水泥改性土自由膨脹率表

表36%水泥摻量水泥改性膨脹土含水率、干密度和自由膨脹率表

表4 不同水泥摻量擊實(shí)后一定時(shí)間的自由膨脹率表

表5 各級(jí)壓力下的膨脹率表

以放置時(shí)間為橫軸，以自由膨脹率為縱橫，分別繪出各不同水泥摻量下的自由膨脹率變化曲線圖，如圖2。

根據(jù)上圖不同水泥摻量的水泥改性膨脹土的自由膨脹率的變化曲線可知，擊實(shí)后的不同時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，隨時(shí)間增長，不同水泥摻量的水泥改性土自由膨脹率前10天逐漸減小，減小幅度很大，第10天達(dá)到極點(diǎn)，摻加6%水泥改性膨脹土料膨脹率最低為原土膨脹率的38.8%，降低61.2%，10天后自由膨脹率略有增加并逐漸趨于穩(wěn)定，變化幅度很小。說明水泥改性膨脹土摻合后應(yīng)盡早壓實(shí)，這樣有利于減小水泥改性膨脹土的膨脹率，降低其膨脹性。4.5不同壓力對(duì)水泥改性土膨脹率的影響

對(duì)6%摻量水泥改性土進(jìn)行室外碾壓，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)，壓實(shí)度達(dá)到95%，符合設(shè)計(jì)要求，相應(yīng)最優(yōu)含水量20.6%,干密度1.62g/cm3,取試樣面積為3000mm2、高20mm的試樣3組，采用壓縮儀儀器，按土工規(guī)程要求做壓縮試驗(yàn)，對(duì)試樣連續(xù)在 1～2 分鐘內(nèi)施加 0kPa、15kPa、30kPa、50kPa、80 kPa壓力，讀出各壓力下的百分表讀數(shù)。摻加6%的水泥改性膨脹土經(jīng)過碾實(shí)后，親水能力明顯降低，膨脹率隨壓力的增加而逐漸減小，無荷膨脹率約為改性前的30%,其最大膨脹力約為42kPa，通過試驗(yàn)資料和校核，運(yùn)用公式計(jì)算各級(jí)壓力的膨脹率，見表5。

5 結(jié)語

水泥改性膨脹土隨水泥的摻量增加而干密度、壓實(shí)度相應(yīng)增加，其自由膨脹率逐漸減小，從經(jīng)濟(jì)效益分析，最佳水泥摻量為6%，自由膨脹率為35%，比原土減少61%，對(duì)應(yīng)最優(yōu)含水量20.6%,干密度1.62g/cm3，改性后的水泥膨脹土達(dá)到了非膨脹土（膨脹率小于40%）的要求；隨著水泥改性土擊實(shí)后的作用時(shí)間延長，膨脹率逐漸減小，開始降幅較大，隨后降幅不明顯。施工中應(yīng)選擇改性后的10天內(nèi)施工，并盡早施工。由于水泥改性膨脹土隨壓力的增大而減小，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免薄壁結(jié)構(gòu)，可適宜增加換填水泥改性土的厚度。膨脹率的影響因素很多，脹縮機(jī)理復(fù)雜，破解膨脹土處理難題仍屬具有世界前沿的重要課題。本文的研究成果對(duì)南水北調(diào)渠坡基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、施工等具有一定的參考價(jià)值,但由于受試驗(yàn)條件的限制,對(duì)影響水泥改性膨脹土膨脹率的因素仍未能完全揭示,還有待于進(jìn)一步研究完善■