戈壁地段水泥改良土填筑工艺参数试验研究

郭张锋

新建兰新铁路第二双线路基长度占线路长度比例很大，途经地区多为戈壁地貌，沿线地层以碎、砾石类土为主，中游以粗细粒土互层为主，下游相对低洼地区分布粉土、粉质黏土。设计拟采用路基开挖的粉质黏土或取土坑内的粉土、粉质黏土作填料。该土属 C组填料，设计采用 5%水泥改良后作为基床底层填料。另外，现场实测土的含水量约4%，改良土室内最佳含水量9.6%，因此，需要增大含水量后方可掺加水泥进行改良。为此，选择在DK 786+280～DK 786+400和DK786+980～DK787+080段基床底层进行水泥改良工艺及填筑工艺试验研究。通过水泥改良粉质黏土与填筑试验研究，达到为今后路基大面积施工提供指导性意见的目的。

1 基层底层填料室内土工试验

取具有代表性的可利用挖方土和取土场的土样进行颗粒分析、液塑限和击实等相关土工室内试验。确定土类别为细粒土，属于低液限粉土;其最大干密度为 1.88 g/cm3，最佳含水量为8.5%，液限23.3%，塑限13.6%，塑性指数9.7%。

2 水泥改良土原材料试验以及室内土工试验

本试验段采用酒钢(集团)宏达建材有限责任公司生产的戈壁牌P.O 42.5级水泥为化学改良土的外掺料，其各项检测指标为:标准稠度用水量为26.5%，初凝时间为210 min，终凝时间为310m in，3 d抗折强度为5.3MPa，3 d抗压强度为20.2MPa。以上各项指标均符合 GB 175-2007规范技术要求。

取填料代表性土样风干后，与干土质量 5%的剂量经检测合格的戈壁牌P.O42.5级水泥和一定数量的水充分拌和均匀，配置为最佳含水量状态下的水泥改良土混合物，进行击实试验和无侧限抗压强度试验。其最大干密度为1.93g/cm3，最佳含水量9.6%; 7 d无侧限抗压强度代表值为 0.68MPa，标准偏差为0.04MPa，相对标准差为6.6%。

3 水泥改良土延迟试验数据分析

延迟时间是指在试验室内从混合料加水拌和开始到击实完成这段时间。通过室内击实试验，可以得出水泥改良土在标准击实功作用下干密度与延迟时间之间的关系，从而确定该水泥改良土在施工过程中应该控制的延迟时间。

表1 延迟时间对水泥改良土干密度的影响数据表

在进行延迟试验时，根据最佳含水量在室内配制拌和均匀的5%水泥改良土混合料，分别延迟1 h，2 h，3h，4 h，5 h，6h后进行击实试验，室内实测不同时间间隔下水泥土干密度数据见表 1。

从表1可以看到，延迟时间为 4 h时，水泥改良土混合料所能达到的干密度为1.84g/cm3，为无延迟时间时的95.3%(1.93 g/cm3)。可以初步确定该水泥改良土混合料在现场施工中从拌和、运输、整平、碾压完毕的延迟时间以 4h为宜。

4 碾压工艺试验前现场准备工作

在进行基床底层试验段填筑前，首先对里程DK 786+100～DK786+200范围进行原地面清表、整平并反复碾压处理后，然后进行地基系数K30和压实系数 k等指标检测，使各项测试数据达到无碴轨道基床底层以下路基填料压实标准的要求。

5 水泥改良土碾压工艺试验

1)拌和遍数工艺参数试验。按照《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》规定:砂类土和改良细粒土每层最大填筑压实厚度应不大于 30 cm的要求，进行摊铺。按照松铺系数 1.15摊铺 35 cm素土。待素土含水量达到水泥改良土最佳含水量2%～3%范围时，按照干土质量 5%计算所需水泥用量，然后打方格在素土表面均匀撒布水泥，使用路拌机拌和一遍后，取具有代表性拌和料进行颗粒筛分试验，并从整个摊铺厚度范围内上、中、下三个部位分别取样检测其水泥剂量，再次使用路拌机进行第二遍和第三遍拌和，分别重复进行上述试验，检测数据见表 2。

表2 拌和遍数试验检测数据汇总表 %

结论:从表2检测数据可以看出经第一遍拌和后混合料很不均匀，上、中、下层水泥剂量相差很大，变异系数高达 45.71%并存在 11%大于 1 cm的土块颗粒。经过第二遍拌和后，上、中、下层水泥剂量基本一致，已经没有大于1 cm的土块存在。第三遍拌和结果与第二遍拌和相比没有变化，因此进行两次拌和已经可以满足碾压前拌和均匀以及混合料中不应含有大于 10mm的土块的要求。

2)碾压遍数工艺参数试验。改良土拌和均匀且含水量为最佳时，使用平地机调平，然后用YZ20型压路机进行碾压遍数工艺试验。先进行弱压一遍，选取6个测点测定压实系数 k和变形模量Evd，然后每强振一遍在相同测点测定6个压实系数k(环刀法)和变形模量Evd数据，累计强振 5遍，每次强振完后均重复上述检测。测试数据平均值见表 3。

表3 碾压遍数工艺试验测试数据汇总表

结论:由于水泥改良土需严格控制碾压时间，所以在进行碾压遍数工艺试验时只进行压实系数 k和Evd两项指标的检测，从图 1和图 2曲线可以看出，压实系数k和 Evd测试数据均在累计碾压4遍后出现拐点，在进行 5遍和 6遍碾压后测试数据已经没有明显增加。因此推荐碾压方式为:弱压 1遍 +强压 3遍+静压 1遍(静压 1遍只起最后光面和平整作用)。

6 检测数据分析及效果评价

通过上述一系列室内试验和工地现场碾压工艺试验，可得到以下结论:1)填料类别为细粒土，属于低液限粉土，必须进行改良方可作为基床底层填料。水泥进行改良后最大干密度为1.93g/cm3，最佳含水量9.6%，CBR=47.6%，其压实效果满足设计及规范要求。2)路拌机拌和遍数为2遍，行驶速度控制在1.5 km/h左右，拌和深度控制在30 cm以内。3)改良土碾压松铺系数为1.15，填筑压实厚度不宜大于30 cm;采用YZ20及以上吨位的振动压路机进行碾压，从拌和到碾压完成时间控制在 4h～5 h。4)改良土在碾压及检测的数小时过程中，仅仅依靠白天气温高的时段进行改良填筑施工，现场无法采取有效措施进行防冻，因此，土层表面出现过约1 cm的冻层，所以，建议冬季不安排改良土的施工。

[1] 王 健，巩玉霞.水泥混凝土收缩影响因素分析[J].山西建筑，2009，35(15):153-154.