程君君 CHENG Jun-jun

（中鐵建科檢測(cè)有限公司，西安 710000）

0 引言

路床水泥土是道路工程中常用的路基材料之一，其力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性對(duì)道路的使用壽命和行車安全具有重要影響。為了更全面地了解路床水泥土的性能，特別是在長(zhǎng)時(shí)間使用后的變化趨勢(shì)，需要開展延時(shí)試驗(yàn)。

1 工程概況

本標(biāo)段位于固原市原州區(qū)寨科鄉(xiāng)境內(nèi)，線路起訖里程為K152+800～K158+962，全長(zhǎng)6.162km。線路起點(diǎn)位于白路崗子村白路崗子1 號(hào)大橋0 號(hào)臺(tái)，過(guò)寨科互通立交，穿宋家洼隧道到達(dá)本標(biāo)段終點(diǎn)K158+962 處。采用雙向四車道。主要工程量：主線路基總長(zhǎng)2.69km，挖土方約491 萬(wàn)方，填方約53 萬(wàn)立方米。施工內(nèi)容包括清理與挖除樹木、路基挖土方、路基填筑等。挖、裝、運(yùn)、攤、平、壓全部用機(jī)械進(jìn)行流水作業(yè)?，F(xiàn)定試驗(yàn)段于K157+540-K157+740 段，長(zhǎng)200m，該試驗(yàn)段試驗(yàn)參數(shù)為下一步土方路基填筑施工提供技術(shù)支持、指導(dǎo)。

2 路床水泥土檢測(cè)延時(shí)試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

2.1.1 確定最佳施工組織

在道路建設(shè)中，施工組織的合理性直接影響工程的質(zhì)量、進(jìn)度和成本。不同的施工組織可能選擇不同的材料搭配和施工工藝，而路床水泥土的質(zhì)量與材料的選擇和搭配密切相關(guān)，延時(shí)試驗(yàn)可以通過(guò)模擬實(shí)際使用環(huán)境，評(píng)估路床水泥土在不同材料組合下的性能變化，為選擇合適的施工組織提供數(shù)據(jù)支持；延時(shí)試驗(yàn)的結(jié)果可以幫助工程師更好地理解水泥土的性能特點(diǎn)，從而優(yōu)化施工技術(shù)方案，通過(guò)調(diào)整施工工藝和參數(shù)，提高材料利用率、降低成本，并確保工程的可持續(xù)性；不同的施工組織可能對(duì)工程進(jìn)度有不同的影響，通過(guò)延時(shí)試驗(yàn)，可以更好地了解水泥土在不同施工組織下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，有助于合理安排施工進(jìn)度，提高工程的施工效率。

2.1.2 驗(yàn)證聯(lián)合作業(yè)協(xié)調(diào)性

在路床水泥土工程中，涉及到多個(gè)工種、多個(gè)施工組織的協(xié)同作業(yè)，各個(gè)組織之間的協(xié)調(diào)性直接關(guān)系到施工過(guò)程的順利進(jìn)行，影響工程的進(jìn)度和質(zhì)量；不同的施工組織可能使用不同的設(shè)備和材料，協(xié)同使用資源是確保施工高效進(jìn)行的關(guān)鍵，聯(lián)合作業(yè)協(xié)調(diào)性需要考慮設(shè)備和材料的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)同配合，且不同施工組織的工程流程可能存在交叉和耦合，協(xié)調(diào)施工流程的順暢，避免沖突和阻塞，對(duì)于提高施工效率至關(guān)重要。聯(lián)合作業(yè)協(xié)調(diào)性驗(yàn)證旨在降低施工中可能出現(xiàn)的協(xié)同問(wèn)題，減少施工風(fēng)險(xiǎn)，確保整個(gè)工程的平穩(wěn)進(jìn)行，且通過(guò)驗(yàn)證協(xié)調(diào)性，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決不同組織之間可能存在的協(xié)同問(wèn)題，優(yōu)化施工流程，提高施工效率，確保工程按計(jì)劃進(jìn)行，同時(shí)協(xié)調(diào)性驗(yàn)證有助于確保施工組織之間的配合緊密，杜絕各種不協(xié)調(diào)因素對(duì)工程質(zhì)量的影響，提高水泥土工程的整體質(zhì)量。

2.1.3 驗(yàn)證方案的可行性

在路床水泥土工程中，存在多種施工方案，包括不同的材料搭配、施工工藝和設(shè)備選擇，為了確定最佳方案，需要對(duì)各種方案進(jìn)行可行性驗(yàn)證，以確保其在實(shí)際工程中的適用性；驗(yàn)證方案的可行性能夠降低施工中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬不同方案對(duì)水泥土性能的影響，可以及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，減少工程風(fēng)險(xiǎn)，有助于工程的順利進(jìn)行。延時(shí)試驗(yàn)通過(guò)模擬實(shí)際使用環(huán)境，讓水泥土在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)暴露于多種外部因素下，以獲取更真實(shí)的性能數(shù)據(jù)，從而驗(yàn)證不同方案在實(shí)際施工中的可行性；通過(guò)延時(shí)試驗(yàn)，可以選擇不同的施工方案，在相同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行比較，通過(guò)比較不同方案對(duì)水泥土性能的影響，得出各方案的優(yōu)劣，為方案選擇提供科學(xué)依據(jù)；方案可行性驗(yàn)證需要關(guān)注方案對(duì)水泥土長(zhǎng)期性能的影響，延時(shí)試驗(yàn)可以評(píng)估水泥土在長(zhǎng)時(shí)間使用后的性能變化，從而更全面地了解方案的可行性。

2.2 試驗(yàn)開展

2.2.1 試驗(yàn)背景

路床是路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，路床質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)路面整體穩(wěn)定性及耐久性的影響至關(guān)重要，為了提高路床的整體質(zhì)量，確保為路面結(jié)構(gòu)提供優(yōu)良的支撐，銀昆高速公路設(shè)計(jì)要求在路床頂以下80cm 深度范圍內(nèi)，摻加4%-6%水泥進(jìn)行穩(wěn)定處理，即對(duì)全線路床、上路提進(jìn)行改良處理，具體方案如下：路床采用6%水泥土填筑。水泥土路床施工完成至路床交工驗(yàn)收，通常存在較長(zhǎng)的時(shí)間間隔，短則一個(gè)星期，長(zhǎng)則一個(gè)月左右，而且施工期間對(duì)施工工藝、施工方式、機(jī)械設(shè)備配套設(shè)施及施工工序的連貫性要求非常高，必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，稍有不慎，處理不當(dāng)，則無(wú)法挽救，只能返工處理。目前項(xiàng)目?jī)H對(duì)構(gòu)造物臺(tái)背回填（4%水泥土）進(jìn)行施工，在對(duì)壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)多次發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度難以滿足設(shè)計(jì)要求，為此考慮水泥土施工期間，水泥土干密度是否隨著時(shí)間延長(zhǎng)而存在“衰減”，在此期間，水泥土強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)逐漸增加，而作為路床驗(yàn)收的另一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)，壓實(shí)度是否隨齡期發(fā)生變化，變化規(guī)律如何，都是需要研究的問(wèn)題。

2.2.2 試驗(yàn)原理

水泥與土的相互作用中，粘結(jié)效應(yīng)與混凝土類似，兩者的區(qū)別在于水泥土中的水泥漿不能填滿土顆粒間的空隙，因此聯(lián)結(jié)主要發(fā)生在顆粒間的接觸點(diǎn)處，顯然土的顆粒級(jí)配越好，空隙就越小，顆粒數(shù)量越多，粘結(jié)效應(yīng)就越強(qiáng)烈。隨著水泥水化反應(yīng)的深入，溶液中析出大量鈣離子，在堿性環(huán)境下能使組成土礦物中的部分二氧化硅及三氧化鋁與鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而形成不溶于水的結(jié)晶化合物，增加水泥土的強(qiáng)度。對(duì)于天然黃土，由于其空隙很多，摻入水泥后，土顆粒周圍的凝結(jié)體不斷結(jié)晶充填到顆粒間的空隙中，并相互聯(lián)結(jié)成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)水泥土的強(qiáng)度。因此，現(xiàn)場(chǎng)拌和的水泥土施工應(yīng)在水泥初凝之前完成，否則就會(huì)破壞水泥土的結(jié)構(gòu)。

2.2.3 檢測(cè)內(nèi)容與主要試驗(yàn)設(shè)備

檢測(cè)內(nèi)容主要包括界限含水率試驗(yàn)、土的承載比（CBR）試驗(yàn)、顆粒分析試驗(yàn)以及擊實(shí)試驗(yàn)；采用主要試驗(yàn)設(shè)備包括液塑限聯(lián)合測(cè)定儀、標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀、路面材料強(qiáng)度儀、標(biāo)準(zhǔn)土壤篩以及電熱鼓風(fēng)干燥箱。

2.2.4 延時(shí)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)采取室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)相結(jié)合的方式進(jìn)行，本次試驗(yàn)選用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的有代表性的土樣，其各項(xiàng)土工檢測(cè)指標(biāo)如表1，水泥土用水泥采用寧夏天元牌P·O42.5 緩凝水泥，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)見表2。

表1 試驗(yàn)用土各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表2 水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

為了研究水泥改良土擊實(shí)延長(zhǎng)時(shí)間對(duì)最大干密度和最佳含水率的影響，試驗(yàn)室在室內(nèi)配置水泥拌合均勻的試樣，分別延遲0h、2h、4h、6h 后進(jìn)行擊實(shí)，分析水泥土最大干密度與延遲時(shí)間的關(guān)系。

2.2.5 驗(yàn)證方案可行性試驗(yàn)設(shè)計(jì)

①測(cè)量放線。采用全站儀依據(jù)加密并復(fù)測(cè)后的樁位坐標(biāo)點(diǎn)，每隔20m 定出該段路基的中樁、邊樁，在邊樁處插設(shè)填筑層控制標(biāo)桿，在標(biāo)桿上用紅油漆標(biāo)出每層攤鋪厚度和寬度，并控制每層的厚度和邊緣線位置，掛線施工。

②填料要求。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定6%水泥土最大干密度為1.876g/cm3，最佳含水量為13.0%左右。水泥堆放做到上鋪下墊，做好防風(fēng)、雨設(shè)施，防止材料受潮、變質(zhì)?？刂片F(xiàn)場(chǎng)貯存量，保證現(xiàn)場(chǎng)水泥用量不影響施工生產(chǎn)，并做到先到先用。

③碾壓。初壓先用振動(dòng)壓路機(jī)重疊30cm，速度3km/h，關(guān)閉振動(dòng)，碾壓一遍。復(fù)壓采用壓路機(jī)弱振動(dòng)碾壓2 遍，強(qiáng)振動(dòng)碾壓3 遍，速度3km/h，激振力為240kN，頻率25Hz～50Hz，重疊1/2 輪寬。終壓壓路機(jī)靜壓1 遍。壓路機(jī)對(duì)新舊路搭接部位壓實(shí)2 遍，復(fù)壓1 遍。碾壓順序由低到高。在水泥初凝之前（4-6 小時(shí)內(nèi)）完成碾壓，并達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度要求（其間每碾壓一遍檢測(cè)一次壓實(shí)度，確定碾壓遍數(shù)與壓實(shí)度間的關(guān)系曲線）。表面密實(shí)平整無(wú)輪跡。對(duì)于壓路機(jī)無(wú)法壓到的位置，采用小型沖擊夯夯實(shí)，確保碾壓達(dá)到無(wú)漏壓，無(wú)死角，碾壓均勻，直至滿足設(shè)計(jì)要求為止。試驗(yàn)人員隨時(shí)檢測(cè)壓實(shí)度，壓實(shí)度控制在96%以上。

④壓實(shí)度檢測(cè)。壓實(shí)度檢測(cè)采用灌砂法，每一壓實(shí)層均應(yīng)檢驗(yàn)壓實(shí)度，檢測(cè)頻率為每200m 每壓實(shí)度層測(cè)2處，必要時(shí)可根據(jù)需要增加檢驗(yàn)點(diǎn)；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)路床壓實(shí)度之前，需檢查標(biāo)準(zhǔn)量砂的粒徑是否符合規(guī)范要求，并按要求標(biāo)定出量砂密度，挖鑿試洞時(shí)應(yīng)挖至所檢壓實(shí)層底面，確保試洞尺寸符合相關(guān)要求。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 延時(shí)試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E51-2009 進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)所得最大干密度與最佳含水率結(jié)果見表3 和圖1。

圖1 水泥土延遲時(shí)間和最大干密度關(guān)系圖

表3 水泥土最大干密度及最佳含水率數(shù)據(jù)

由表3 和圖1 可以看出，隨著擊實(shí)延遲時(shí)間的增長(zhǎng)，水泥改良土的最大干密度存在時(shí)效性，隨著水泥摻入時(shí)間間隔不同，最大干密度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在加入水泥立即開始擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)最大，之后隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而顯著降低，最佳含水率則隨時(shí)間的增長(zhǎng)總體是逐漸減小的，主要是因?yàn)橥馏w中的自由水分與水泥發(fā)生了水化反應(yīng)，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，自由水也會(huì)愈來(lái)愈少，含水率自然也就逐漸呈下降趨勢(shì)。本次試驗(yàn)采用的是寧夏天元牌P·O42.5 緩凝水泥，初凝時(shí)間在4～6 小時(shí)以內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)采用路拌法進(jìn)行水泥土的拌和。

3.2 方案可行性試驗(yàn)結(jié)果

上路床6%水泥土壓實(shí)度檢測(cè)以灌砂法為主，每一遍碾壓后即進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，以確定壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范要求，把壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果記錄下來(lái)。

根據(jù)壓實(shí)度及含水率統(tǒng)計(jì)及松鋪系數(shù)統(tǒng)計(jì)得出：

試驗(yàn)段第一層（20cm）填筑，平均松鋪厚度為27cm，碾壓5 遍后平均壓實(shí)度94.8%，碾壓6 遍后平均壓實(shí)度為96.7%，碾壓7 遍后平均壓實(shí)度為97.3%，平均壓實(shí)厚度為20.76cm，平均松鋪系數(shù)1.30，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，按照每200m 進(jìn)行畫段施工，現(xiàn)以K157+540-K157+740 段的時(shí)間參數(shù)以說(shuō)明問(wèn)題，每個(gè)施工節(jié)點(diǎn)撒布水泥平均時(shí)間28min，攪拌平均時(shí)間22min，碾壓平均時(shí)間85min。

試驗(yàn)段第二層（20cm）填筑，平均松鋪厚度為26cm，碾壓5 遍后平均壓實(shí)度94.2%，碾壓6 遍后平均壓實(shí)度為96.5%，碾壓7 遍后平均壓實(shí)度97.2%，碾壓8 遍后平均壓實(shí)度為97.4%，平均壓實(shí)厚度為21.0cm, 平均松鋪系數(shù)1.23，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，按照每200m 進(jìn)行畫段施工，現(xiàn)以K157+540-K157+740 段的時(shí)間參數(shù)以說(shuō)明問(wèn)題，每個(gè)施工節(jié)點(diǎn)撒布水泥平均時(shí)間30min，攪拌平均時(shí)間38min，碾壓平均時(shí)間90min。

綜合分析，當(dāng)土方路基松鋪為27cm 時(shí)，機(jī)械利用率高，壓實(shí)度最易得到保障，碾壓效果好。填料碾壓時(shí)含水量在最佳含水量±2%范圍內(nèi)，碾壓6 遍（平均壓實(shí)度96.5%）可達(dá)到96%；碾壓7 遍（平均壓實(shí)度97.2%）可對(duì)壓實(shí)效率進(jìn)行進(jìn)一步保證，且按現(xiàn)有機(jī)械組合（兩套碾壓設(shè)備），開始施工水泥土至施工完畢耗時(shí)（最長(zhǎng)）338min，滿足水泥土施工的時(shí)間要求（初凝時(shí)間355min，終凝時(shí)間423min）。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

①水泥改良土的最大干密度存在時(shí)效性：隨著擊實(shí)延遲時(shí)間的增長(zhǎng)，水泥改良土的最大干密度呈現(xiàn)出時(shí)效性。在進(jìn)行水泥改良后，最大干密度并非一成不變，而是隨著時(shí)間的推移發(fā)生變化。②最大干密度隨水泥摻入時(shí)間間隔的增加而下降：在不同的水泥摻入時(shí)間間隔下，最大干密度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。具體而言，水泥改良土在加入水泥后立即進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)，最大干密度最高。然而，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，最大干密度逐漸降低。③最佳含水率隨時(shí)間的增長(zhǎng)總體呈下降趨勢(shì)：隨著水泥摻入時(shí)間的延遲，水泥改良土的最佳含水率總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。最佳含水率是土體在最大干密度狀態(tài)下的含水率，其變化反映了水泥改良土隨時(shí)間演化的水化過(guò)程。④水泥的自由水與土體中發(fā)生水化反應(yīng)：隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，土體中的自由水分與水泥發(fā)生水化反應(yīng)，該反應(yīng)使得自由水分逐漸減少，因而導(dǎo)致最佳含水率的降低。⑤試驗(yàn)采用寧夏天元牌P·O42.5 緩凝水泥。該水泥具有初凝時(shí)間在4～5 小時(shí)以內(nèi)的特性，為水泥土拌和提供了較好的操作性。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)操作中，采用路拌法進(jìn)行水泥土的拌和，整個(gè)過(guò)程包括拌和、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)，總體所用時(shí)間一般在3～4 小時(shí)之間。

4.2 建議

①選擇合適的水泥品種。在進(jìn)行路床水泥土檢測(cè)延時(shí)試驗(yàn)前，應(yīng)仔細(xì)選擇合適的水泥品種，考慮到初凝時(shí)間和硬化時(shí)間等因素，建議選擇緩凝水泥，以適應(yīng)實(shí)際施工的需要。對(duì)于初次試驗(yàn)，可以根據(jù)水泥的性能和實(shí)際工程條件選擇一到兩種水泥品種進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，以確定最適合工程需求的水泥類型。②精細(xì)調(diào)控水泥摻入時(shí)間。在水泥土的拌和過(guò)程中，精細(xì)調(diào)控水泥的摻入時(shí)間至關(guān)重要。為了獲取最佳的工程性能，建議在拌和、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)中掌握好水泥的加入時(shí)機(jī)，由于水泥改良土的最大干密度存在時(shí)效性，及時(shí)地?fù)饺胨?，尤其是在路床施工開始的初期，有助于最大程度地發(fā)揮水泥的改良效果。③規(guī)范試驗(yàn)操作流程。為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性，試驗(yàn)操作流程應(yīng)該規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。在進(jìn)行延時(shí)試驗(yàn)時(shí)，要確保試驗(yàn)的具體操作步驟嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行，包括樣品采集、試驗(yàn)設(shè)備準(zhǔn)備、試驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)記錄等各個(gè)環(huán)節(jié)，在試驗(yàn)中要注意操作人員的專業(yè)培訓(xùn)，確保其具備足夠的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和技能，以減小人為因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。④加強(qiáng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析是評(píng)估水泥改良土性質(zhì)的關(guān)鍵步驟。在試驗(yàn)結(jié)果出來(lái)后，應(yīng)該對(duì)各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，包括最大干密度、最佳含水率等關(guān)鍵參數(shù)的變化規(guī)律，通過(guò)充分分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以更好地了解水泥改良土的性質(zhì)特點(diǎn)，為實(shí)際工程提供有力的依據(jù)。