□ 張維國(guó) □ 董珍妮

（1南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局；2中國(guó)水利水電第一工程局有限公司）

1 水泥改性膨脹土機(jī)理

膨脹土是一種典型的非飽和土，主要由強(qiáng)親水性黏土礦物成分組成，具有較強(qiáng)的脹縮特性，當(dāng)水泥摻入到膨脹土中后，會(huì)引起水泥的水解和水化反應(yīng)，產(chǎn)生水泥水化物。一部分水泥水化物與黏土顆粒發(fā)生相互作用，水泥水化物中的氫氧化鈣又與二氧化碳發(fā)生碳化作用。經(jīng)過(guò)這些反應(yīng)與相互作用后，改變了膨脹土的原有性質(zhì)，土的塑性減小而抗剪強(qiáng)度大大提高，水泥水化物和新生成的化合物在水中和空氣中逐漸硬化，增大了水泥改性膨脹土的強(qiáng)度，而且由于其結(jié)構(gòu)比較致密，水分不易侵入，從而使水泥改性膨脹土具有足夠的水穩(wěn)定性。

2 工程案例

南水北調(diào)中線總干渠全長(zhǎng)1432km，渠道沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，穿越膨脹土渠段累計(jì)長(zhǎng)約387km，其處理技術(shù)難度、處理工程量和投資都比較大，是南水北調(diào)工程面臨的關(guān)鍵問(wèn)題之一。淅川1標(biāo)段位于南水北調(diào)中線工程的起始段，上接中線工程的源頭陶岔渠首樞紐工程，主渠道總長(zhǎng)8.10km，設(shè)計(jì)水深8.00m，底寬10.50～13.50m。渠道過(guò)水?dāng)嗝鏋樘菪螖嗝?，采用混凝土襯砌，襯砌板下鋪設(shè)土工膜，用于加強(qiáng)防滲，土工膜下布置排水系統(tǒng)，排除地下水，保證襯砌穩(wěn)定。淅川1標(biāo)段8.10km主渠均穿越膨脹土，對(duì)膨脹土進(jìn)行換填，是保證渠道穩(wěn)定的主要措施之一，施工中采用的換填材料均為水泥改性土，水泥改性土換填工程量約93.45萬(wàn)m3。以下對(duì)淅川1標(biāo)段水泥改性土換填施工技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，供參考。

3 水泥改性土換填施工工藝

在水泥改性土填筑之前，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)料源及水泥摻量進(jìn)行室內(nèi)水泥改性土擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，以確定水泥改性土的水泥摻量、最優(yōu)含水量及最大干密度，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)水泥改性土碾壓工藝試驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定水泥摻量5%，鋪土厚度28cm（±2cm）厚，壓實(shí)后的厚度23cm，碾壓機(jī)械采用20t凸塊振動(dòng)碾，行進(jìn)速度為2 km/h，碾壓遍數(shù)靜壓2遍、振壓8遍，壓實(shí)度0.98以上，含水率21.90%（+1%～+3%），干密度達(dá)到1.62g/cm3以上,為渠道填筑的最優(yōu)碾壓組合，能滿足設(shè)計(jì)要求。水泥改性土換填的主要施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 水泥改性土換填施工工藝流程圖

3.1 基面清理

所有填筑基面和接觸面均按設(shè)計(jì)要求作好相應(yīng)清理，清除基礎(chǔ)表面腐植土、雜物，填平壓實(shí)溝、槽坑，確?；A(chǔ)表面平整。地面橫坡陡于1:5時(shí)，原地面應(yīng)挖成臺(tái)階后填筑，地面橫坡陡于1:2.50時(shí)，應(yīng)作特殊處理，防止渠堤沿基底滑動(dòng)。基礎(chǔ)清理完畢后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行測(cè)量放樣確定填筑邊線、樁號(hào)、高程等樣點(diǎn)。建基面開挖成型，在驗(yàn)收前、后均利用土工膜對(duì)渠底及邊坡進(jìn)行覆蓋防護(hù)。

3.2 土料翻曬

土料集中堆放至三角洲渣場(chǎng)及水寨西渣場(chǎng)內(nèi)，位于改性土拌和站附近，改性土拌和前需對(duì)土料進(jìn)行翻曬，翻曬前估算拌和用土量及各土總量，采用l.20m3液壓反鏟下挖50cm深，進(jìn)行翻曬調(diào)整含水率（因天然含水率略大于最優(yōu)含水率），含水量偏低時(shí)應(yīng)適當(dāng)灑水濕潤(rùn)。

3.3 土料預(yù)破碎

土料晾曬后，采用YWB210型路拌機(jī)進(jìn)行碎土，大規(guī)模碎土宜采用液壓碎土機(jī)進(jìn)行。在進(jìn)行碎土施工前,需現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行碎土工藝試驗(yàn)，采用篩分法檢測(cè)碎土級(jí)配，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整碎土控制參數(shù)。預(yù)破碎后土料粒徑≤10cm。

3.4 集料倒運(yùn)堆存

由于三角洲及水寨西渣場(chǎng)面積較大，取土區(qū)域距離改性土拌和站最遠(yuǎn)處約500m左右，土料預(yù)破碎后，采用裝載機(jī)裝20t自卸汽車將土料運(yùn)輸至拌和站附近區(qū)域堆存，待二次破碎、拌和使用，儲(chǔ)料堆采用土工膜（一布一膜）進(jìn)行覆蓋。

3.5 二次破碎

拌和前需對(duì)預(yù)破碎后堆存土料進(jìn)行再次破碎，采用裝載機(jī)倒運(yùn)至碎土機(jī)進(jìn)行再次破碎，破碎后的土料粒徑≤10cm，其中10～5cm粒徑含量≤5%，5～0.50cm粒徑含量≤50%（不計(jì)姜石含量）的要求，將破碎好后的土料用裝載機(jī)倒運(yùn)至拌和機(jī)進(jìn)行拌和。

3.6 拌和

大規(guī)模的水泥改性土施工采用廠拌法施工，采用的機(jī)械為WBZ-600型和WBZ-300型改性土拌和站，其特點(diǎn)為:操做簡(jiǎn)便、工效高、可以連續(xù)拌和。廠拌法由穩(wěn)定土拌和站、計(jì)量傳送系統(tǒng)、拌制系統(tǒng)、水泥罐體四部分組成。拌和前，必須先調(diào)試所有設(shè)備，使混合料的組成和含水率達(dá)到規(guī)定的要求。為保證土料質(zhì)量，集料斗上口加工成帶坡度的型式，并在上口設(shè)置篩網(wǎng)，每個(gè)小網(wǎng)格邊長(zhǎng)≤10cm，以過(guò)濾掉粒徑不合格的土料。拌和稱量系統(tǒng)按試驗(yàn)參數(shù)控制土料、水泥和水的重量。充分拌和，取樣進(jìn)行均勻性檢測(cè)。檢測(cè)合格的水泥改性土，由裝載機(jī)攏堆并覆蓋或直接運(yùn)至填筑工作面。

3.7 運(yùn)輸

水泥改性土采用自卸車運(yùn)輸，將拌和好的水泥改性土盡快送到填筑現(xiàn)場(chǎng)，在運(yùn)輸過(guò)程覆蓋土工膜減少水分損失，運(yùn)輸至填筑工作面后采用“進(jìn)占法”進(jìn)行卸料。由于換填的厚度小，填土?xí)r運(yùn)輸車輛在同一工作面反復(fù)碾壓，易造成土料剪切破壞及彈簧土，在邊坡?lián)Q填時(shí)，為減少運(yùn)輸車輛對(duì)填筑面的反復(fù)碾壓，可適當(dāng)采用推土機(jī)推送。

3.8 攤鋪

水泥改性土攤鋪采用推土機(jī)鋪料和平土，上料前應(yīng)及時(shí)對(duì)填筑面及填筑邊坡進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)以防止水泥改性土砂化，同時(shí)邊坡結(jié)合面也是關(guān)鍵，填筑前在原渠坡上逐層進(jìn)行開蹬處理，臺(tái)階高為每一層鋪土的厚度，并根據(jù)松鋪厚度計(jì)算出每車水泥改性土的攤鋪面積，確定堆放密度。需要推土機(jī)進(jìn)行攤鋪時(shí)水泥改性土的含水率宜高于最佳含水率的1%～2%，以補(bǔ)償在攤鋪及碾壓過(guò)程中的水分損失。為確保邊角壓實(shí)度，鋪土邊線在水平距離上要進(jìn)行超填，以保證碾壓機(jī)械有足夠的碾壓空間。渠道回填攤鋪施工方法見(jiàn)圖2。

圖2 渠道回填攤鋪施工示意圖

3.9 碾壓

當(dāng)水泥改性土接近最佳含水率時(shí)，采用20t凸塊振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓至要求的壓實(shí)密度。在碾壓時(shí)，由于受天氣的影響，填筑層表面風(fēng)干很快。為保證層間結(jié)合，在進(jìn)行上一層鋪土施工之前，需要對(duì)結(jié)合面進(jìn)行灑水，邊坡結(jié)合面也是關(guān)鍵部位之一。水泥改性土換填過(guò)程中，從加水拌和到碾壓完成的延續(xù)時(shí)間，不宜超過(guò)4h。在碾壓過(guò)程中表面要始終保持濕潤(rùn)，嚴(yán)禁“彈簧土”、松散土、起皮等現(xiàn)象產(chǎn)生。

3.10 削坡

在換填完成后，人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行削坡。由有經(jīng)驗(yàn)的挖掘機(jī)操作人員按樣槽進(jìn)行削坡，削坡方向垂直于渠道軸線，由上至下順坡進(jìn)行。削坡時(shí)應(yīng)預(yù)留5～10cm的薄土層，預(yù)留薄土層削坡時(shí)將挖掘機(jī)斗齒前焊接一塊厚約20mm的鋼板作為“刮板”，長(zhǎng)度同挖掘機(jī)斗寬，寬度約15cm，前緣與斗齒齊平，開挖方向垂直于渠道軸線，沿渠坡自上而下將預(yù)留的薄土層刮除，再用人工將坡面遺留的松土清至挖掘機(jī)附近，隨“刮板”攏堆。隨后在坡面上釘木樁，每5m作為一個(gè)斷面，按坡度放樣，在樁位上固定尼龍線，掛線后進(jìn)行釘樁加密，人工進(jìn)行坡面整理，直至坡面平整度和坡度符合規(guī)范要求。土料攏集于坡下后，裝車運(yùn)至拌和場(chǎng)進(jìn)行再次拌和，用于設(shè)計(jì)要求允許使用的部位，使削坡余料得到最大限度的利用。

4 結(jié)語(yǔ)

使用水泥作為固化劑已經(jīng)成為一種得到廣泛認(rèn)可的膨脹土改性方法，水泥作為固化劑摻入到膨脹土中能有效改善膨脹土的膨脹性，提高土體的強(qiáng)度。

水泥的摻量比直接影響到膨脹土的改性效果，加大水泥的摻入量能加強(qiáng)膨脹土的改性效果，但當(dāng)水泥摻量到達(dá)一定程度之后，改性效果變化不再明顯，改性土的性質(zhì)隨水泥摻量的增大逐漸趨于穩(wěn)定，確定不同性質(zhì)膨脹土的最佳水泥摻量比對(duì)于工程質(zhì)量尤為重要。

[1]蔡耀軍，趙旻，陽(yáng)云華.南陽(yáng)盆地膨脹土工程特性研究［J］.南水北調(diào)與水利科技，2008，1（2）:163-166.