城市综合管廊水泥土回填施工试验研究

宋健SONG Jian

（中铁十七局集团第三工程有限公司，石家庄 050081）

0 引言

水泥土是将土、硅酸盐水泥和水（必要时可加入火山灰等外加剂）按一定比例拌和、捣实、养护而成的一种具有一定工程特性的材料。如果水泥土混合物中土、水泥和水的成分比例或者施工工艺发生变化，则将构成不同形式的水泥土，因而其用途和用场将各不相同。非压实回填土是水泥土的一种新型利用形式，区别在于非压实回填土采用粉质或粘质细粒土，且提高了用水量，使其具有较好的工作性，无需压实即可成型密实。结合以往研究成果可以对水泥土进行分类，如表1 所示。

表1 水泥土分类

我国80 年代，水利部门对水泥土的研究使用较为普遍。例如在软土地基加固中，采用深层搅拌技术固化软土加固地基，使地基更具有整体性、水稳性，同时提高其承载能力。90 年代以来，我国研究学者进一步深入开展了水泥土性能及应用研究工作。储诚富等提出用似水灰比对水泥土无侧限抗压强度进行预测。童小东等认为水泥土的变形和损伤过程大致可分为四个阶段：裂纹及孔洞的闭合阶段、水泥土的线弹性响应阶段、微缺陷的稳态扩展阶段、裂纹贯通及非稳态扩展阶段。并得到了一系列损伤关系曲线，为建立水泥土的弹塑性损伤模型奠定了基础。王文军等将性能优异的纳米硅粉作为外掺剂应用于水泥土改性。宁宝宽等探讨了不同土质、不同水泥掺量、不同养护龄期的水泥土的抗冻融循环特性，认为水泥土的抗冻性存在一个最优水泥掺量，建议应用于低温环境中的水泥土材料，应对其抗冻性进行评价，从而保证水泥土材料的耐久性。本文重点探索水泥土在城市综合管廊墙背回填中的应用，通过工艺试验，总结城市综合管廊水泥土回填施工工艺。

1 工程概况

试验段位于江北新区综合管廊项目B+310 段，管廊轴线方向30m 范围。填筑位置为管廊结构体两侧剩余基坑及部分管廊顶部区域。合计填筑方量为410m3。主要材料水泥为42.5 级海螺牌普通硅酸盐水泥，拌合用土取自附近堆积的基坑开挖弃土（粉质粘土）。由于试验阶段天气变化很大，间断下雨导致土的含水量变化很大。另外，拌合用土含有大量石块，最大直径达到60cm 以上，给拌合试验带来了很大的困难。人工分拣很难将石块全部剔除，导致拌合桶搅拌叶片两次损坏。后来改变了搅拌叶片分布距离，拌合系统基本能够满足含有直径在20cm 以内石块土的拌合。搅拌叶片分布距离的改变不会影响拌合水泥土的均匀性。考虑到填筑体对水泥土的强度要求不是很高，按水泥掺入量10%，土的湿容重估算1.6t/m3计算配合比。

2 水泥土回填工艺试验

2.1 水泥浆制备

选择全自动水泥浆拌合机进行水泥浆制配，根据水泥掺入量及土的湿容重估算，选择塌落度22cm，现场调配水泥浆水灰比为1.4，测试水泥浆比重为1.53。水泥浆搅拌装置如图1 所示。

图1 水泥浆搅拌装置

2.2 加土

先人工分拣出土里直径大于20cm 石块，用挖机将土加入土斗，土斗底部设有回转调速装置，调整回转转速土斗内的土进入拌合桶的的流量也随之改变，根据水泥掺入量以及水泥浆泵入拌合桶内的流量选择合适的回转转速。

2.3 水泥浆注入

选择流量较为稳定的柱塞式泥浆泵泵入水泥浆。泥浆泵的流量可以变频调速。

3 试验分析

3.1 试样无侧限抗压强度（表2）

表2 组式样无侧限抗压强度统计

3.2 轻便触探试验

分别在水泥土灌注后24 小时，48 小时进行轻便触探试验，如表3、表4 所示。轨便触探试验布点如图2 所示。

表3 水泥土灌注后24 小时触探试验统计表

表4 水泥土灌注后48 小时触探试验统计表

图2 轻便触探试验布点

3.3 取芯检测

第三方检测进场进行了取芯检验，水泥土龄期为11天，从取出的芯样分析，搅拌固结很均匀，没有空洞和裂隙现象。

3.4 干缩实验

实验过程我们用环刀取样进行了水泥土干缩性实验，六组式样分析，分水下养护和地面自然养护，十五天后水平方向均无裂纹，测量纵向变形计径向变形计算收缩率，水下养护和地面自然养护收缩量区别不是很大。水下养护径向收缩0.3mm，垂直高度收缩0.1mm。自然养护径向收缩0.4mm，垂直高度收缩0.1mm。

3.5 取芯检测

第三方检测在试验前后进行了水平位移监测，钢板桩拔除后对基坑边的观测点进行观测结果显示最大水平位移为-28.12mm，向基坑外侧位移。（表5）

表5 测斜数据统计，负值向坑外位移

3.6 钢板桩拔除地面位移外观观察

水泥土灌注后28 小时进行部分钢板桩拔除作业，观察附近原地面变形情况，没有发现地面开裂和沉降现象。

3.7 水泥土拌合回填效率分析

设计拌合桶拌合效率为60m3/小时，实际实验施工过程没有达到预期效率，主要是因为：①配置泥浆泵流量小，供浆量不能满足最大拌合负荷，②土里含有大量石块，需要边施工边分拣，加土速度很慢，③水泥浆制配速度慢，加水泥粉泵流量过小。在解决好供水泥浆问题后，搅拌效率会大大提高，甚至超过设计拌合效率。

4 结论和建议

①水泥土作为填筑材料进行基坑回填是一个全新的施工工艺，施工用土总会含有各种石块以及其他杂物，要能做到高效施工必须设置杂物及石块分拣环节，本实验段工程量较小，发现土中含有大量石块只能人工分拣。②水泥浆输送泵流量不足，在后期的推广过程必须选择适合本系统需要流量的泥浆泵，甚至需要开发专业泥浆泵。③没有专业水泥土输送泵，本实验段水泥土在回填段内的转移基本靠水泥土的自然流动和挖机配合转运，效率很低，严重制约着后期大量推广，市场常规的混凝土输送泵不能代替水泥土输送，为了快速推广水泥土回填技术，必须开发专业水泥土输送泵。④水泥土填筑技术的发展必须研制配套的远距离运输车辆。⑤加土计量准确性不是很好，需要提高加土计量的准确性，本实验的加土计量方式是通过土斗下方的回转转速控制加土的流量，理论是正确的，土中石块的干扰影响了计量的准确性。可以通过改变回转器上的回转切割刀片的相互间隙来实现。