水泥改性土在膨胀土治理中的应用

金焰，储龙胜

（1.安徽水利开发有限公司，安徽 蚌埠 233001；2.中水淮河安徽恒信工程咨询有限公司，安徽 蚌埠 233001）

1 工程概况

引江济淮工程（安徽段）引江济巢段小合分线施工Y003 标工程，从杭埠河倒虹吸至派河口泵站段，桩号6+156～20+848，长14.692km，其中膨胀土边坡治理范围为：桩号11+554.4～13+994.1、桩号15+648.9～19+855.9，两段总长6596.7m。

根据地勘报告，在土分布有⑤层重、中粉质壤土，具有弱或中膨胀性，需进行换填处理措施。即表层换填4%的水泥改性土覆盖，对弱膨胀土表面换填垂直于坡面厚度1.0m 的水泥改性土（桩号11+554.4～12+700、桩号15+648.9～16+600 段），对中膨胀土表面换填垂直于坡面厚度为1.5m 的水泥改性土（桩号12+700～13+994、桩号16+600～19+855 段）。

新开挖河床的底部为膨胀土层，则将基脚8m范围内的河底膨胀土挖除，换填4%水泥改性土，深度1.5m，外侧开挖边坡1∶2，以保证坡脚稳定。

2 水泥改性土工艺试验

2.1 试验材料选择

2.1.1 土料

本工程水泥改性土选用弱膨胀土进行换填，其自由膨胀率应＜65%（优先采用＜40%的非膨胀土）。最大粒径≤10cm，10～5cm 粒径含量≤5%，5～1cm粒径含量≤40%。

2.1.2 水泥

本工程选用P.O42.5 普通硅酸盐水泥，水泥重量掺入比4%（水泥∶干土重=4∶96）。均匀度≤0.8，回填压实度≥0.96（轻型击实），渗透系数≤1×10-5cm/s，检测指标均满足《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）要求。拌合合格的水泥改性土料，从加水拌合开始到碾压结束的延续时间，不应超过4h。

2.2 试验场地规划

工艺性试验的碾压场地定在桩号10+500 的左岸管护道路处，依据《堤防工程施工规范》（SL260-2014）规定：碾压试验的场地面积不得小于20m×30m，因此本次试验划分了4 个10m×15m的试验小块。工艺性试验场地布置为12m×70m，在内部设置4 个小区分别为N1～N4，每个小区为10m×15m，同时把各个区的边线引出，为第二层土料铺设提供条件，具体分区见图1。

图1 水泥改性土试验场地布置图

工艺性试验填筑2 层。第一层针对同一铺土厚度，不同的含水率分别进行碾压试验，确定经济合理的碾压方式和碾压遍数。第二层针对相同的含水量和不同的铺筑厚度进行碾压试验，确定合理的松铺厚度和碾压方式。

第一层，N1铺设较最优含水率低1%～2%（现场实际为12.2%～12.8%）的改性土料，N2、N3铺设最优含水率（现场实际为14.2%～14.8%）的改性土料，N4铺设较最优含水率高1%～3%（现场实际为15.5%～17.3%）的改性土料。四个小区的厚度、土质均相同。

第二层，N1、N2区铺筑30cm 厚的松土，N3、N4区铺筑35cm 后的松土，土质和含水量均相同，碾压达到设计压实度后的碾压遍数和碾压方式，并测定合理的松铺厚度。

2.3 工艺试验流程

土料选取→土料含水率检测→翻晒、碎土→土料粒径、含水率检测→改性土拌制（水量控制、中间产品检测）→运输→摊铺（含水率检测）→碾压→取样试验。

2.4 试验结果分析

通过水泥改性土换填工艺性试验，试验结果如图2 所示。水泥改性土在最优含水率-2%～3%（实际数值12.2%～17.3%）范围内，土料压实后均能达到设计压实度要求，实际施工按照控制值16.0%进行控制。综合考虑《引江济淮工程技术标准和要求》、松铺系数、运输、拌合过程中水分流失及碾压试验，本工程水泥改性土含水率选在最优含水率1%～3%范围内碾压，碾压遍数为静2 振5，松铺土料30cm，采用单钢轮振动碾（22t）先静后振，控制速度为2.0～3.0km/h。

图2 碾压遍数与压实度关系图

3 现场施工方法

3.1 水泥改性土换填施工

3.1.1 保护层清理及隐蔽工程验收

（1）保护层清理

土方开挖过程中预留30～50cm 保护层，验收之前采用小型挖掘机集中挖除，以免扰动原状土。清理后的基面平顺，无台阶、急剧变坡及反坡，护底宽度不小于设计宽度，坡面边坡不陡于设计边坡。回填范围内的坑洞、沟槽应处理完毕，护底采用压路机压实，压实度不小于填筑土料压实度。

（2）测量放线

保护层清理完毕并压实后，严格按照施工图纸放样，做好边桩、填土高度、边坡坡比控制等。测量人员在护底及管护道路放线时，每侧比设计宽度超宽30cm，以保证边缘压实度，每20m 设置一根基准桩，并洒上白灰线。护坡放线时，按照设计的坐标每20m 定好坡脚及坡顶坐标，以保证回填时的超填宽度。施工期间应经常对控制点进行复测，施工过程中，应保护好所有控制桩点，及时恢复被破坏的桩点。

（3）隐蔽工程验收

保护层开挖及放样结束后，经三检制自检合格，报请监理单位验收，合格后报请隐蔽工程验收。基面验收合格后，立即组织进行水泥改性土换填工作。

3.1.2 土料开采运输

土料开采运输包括选土、试验检测等。根据地勘报告，桩号11+056～12+556 段和桩号18+000～19+180 段的土为弱膨胀土和非膨胀土，可作为水泥改性土换填使用。此段开挖的部分土料堆置于水泥改性土临时堆土区，并按开挖方量和土性进行送样检测。经检测合格并上报监理单位审核后，方可用于水泥改性土换填工作。

3.1.3 翻晒、碎土

由于前期河道开挖的土料含水率较高，不利于土料破碎，为保证土料粒径满足设计要求，必须在备土区对土料进行翻晒以降低含水率，为便于破碎，素土含水率应控制在18%左右。

为提高翻晒效率、加快土料含水率降低的速度，采用铁犁、旋耕机进行翻晒试验，旋耕机不仅能快速降低土料含水率，且具有一定的碎土功能。碎土后的粒径能满足设计要求。在进行碎土施工前，需现场进行碎土工艺试验。然后采用筛分法检测碎土级配，根据试验结果调整碎土机控制参数，确保土块粒径不大于10cm，其中10～5cm 粒径含量不大于5%，5～1cm 粒径含量不大于40%。

3.1.4 水泥改性土拌制

所需利用的土料碎土完成并经试验合格后，直接上料拌合，不能直接上料时，堆置在土料仓。拌合之前，选取土样进行含水量检测，计算水泥用量和拌合加水量。

水泥改性土拌合采用WDB600 集料拌合机拌合。将已破碎好的改性土料用装载机装入料斗，通过皮带机直接将碎好的土输送到集料拌合机的进料仓，根据土料含水率计算出水泥用量和加水量，自动控制加水泥和水。将碎土料和水泥料输入拌合机掺拌，掺拌均匀后，取样做含水率和均匀性试验，检测合格后由自卸车运至施工现场进行填筑碾压，检测不合格的混凝土料严禁运至填筑作业面，经重新拌合、检测合格后方可使用或作为废料处理。拌合后的拌合料水泥剂量不小于4%，水泥含量标准差不大于0.8，含水率应满足最优含水率1%～3%。

为保证水泥改性土灰剂量满足“平均值不小于设计掺量（4%），水泥含量标准差≤0.8”的要求，施工初期当拌合不大于600m3水泥改性土时，抽检样为5～10 个（每个样品重量不少于300g），水泥剂量采用EDTA 滴定法测定，每次检测的水泥剂量均要满足设计要求，水泥含量标准差不大于0.8。施工中后期生产稳定后，可视情况适当减少检测频率。

3.1.5 摊铺

采用“算方上料、铺平把关、插杆检查”的方法，以保证铺土厚度均匀。拌合好的改性土混合料采用自卸车运输至施工现场，采用挖掘机进行粗平摊铺，人工配合推土机精平。摊铺厚度不大于30cm，用钢筋钎插扎控制厚度，允许偏差为-5～0cm，摊铺表面平整度不超过5cm。摊铺土料每边比设计宽出不少于30cm。

水泥改性土混合料含水率控制在最优含水率1%～3%的范围内。水泥改性土换填过程中，从加水拌合开始到碾压结束的延续时间，不应超过4h。

3.1.6 整形碾压

根据工艺性试验总结报告要求，最低碾压遍数不得少于7 遍（静2 振5）。水泥改性土碾压分三步进行。首先初压，采用22t 单钢轮压路机压实静压1 遍，确保水泥改性土表面平整；振压5 遍，最后静压1 遍控制，直至压实度达到设计要求为准。碾压采用进退错距法进行，行车速度2.0～3.0km/h，相邻碾迹的搭接宽度不小于50cm，作业时由中央向两侧碾压。进退压完全宽时，即为一遍。碾压一直进行到要求的密实度为止，最后用静压稳定及刨毛。压路机的碾压速度，头两遍采用1.5～1.7km/h 为宜，两侧应多压2～3 遍。

碾压过程中如有弹簧土、松散土、起皮现象，应及时翻开重新铺填碾压并检测合格。遇天气变化或隔夜施工时，要采用防雨布对未及时碾压的场地进行覆盖。

3.1.7 试验检测

（1）含水率检测：拌合后的混合料碾压之前，均由工地试验室人员测定其含水量，保证碾压时的含水率满足要求。

（2）EDTA 检测：设计水泥掺量为4%，水泥∶土=4∶96。改性土拌合时采用自动计量，控制水泥掺量，现场试验人员分别在拌合站出料口取样做灰剂量试验，满足设计要求后方能运至施工现场。

（3）压实度检测：水泥改性土按压实程序碾压完成后，由试验人员采用环刀取样，取样应具有代表性，取样部位在压实层下部1/3 处，下部1/3 处厚度不足环刀高度时，以环刀底面达下层顶面时环刀取满土为准。每层取样数量为100～150m3取样一个点，至少应有三个点。环刀取样后通过室内土工试验测定含水率并计算干密度及压实度。压实度检测合格后方可进行下一层水泥改性土填筑施工。

3.2 相邻段搭接

相邻施工段作业面宜均衡上升，若段与段之间不可避免出现高差时，应与斜坡面相接，坡度不陡于1∶2～1∶2.5。边坡与坡顶及平台交接处，应以斜坡面相接，坡度按1∶3 控制，便于摊铺碾压，并确保上下填筑层分段位置错开。

3.3 养护

水泥改性土在分层填筑上升过程中，为做到处理层与边坡更好地结合，应及时对填筑面及填筑边坡进行洒水，洒水要结合面层土的含水率及干燥程度进行控制。施工至设计高程后，在填料表面及时覆盖土工布或摊铺一层素土养护，养护时间不少于7d。

4 结语

引江济淮工程（安徽段）引江济巢段小合分线边坡膨胀土通过换填水泥改性土，边坡观测稳定，无滑坡等现象，起到了较好的防护效果■