膨胀土改良试验研究与应用

贾德霞 刘彤 王恩杰 杨永强

【摘要】南水北调中线一期工程南阳镇平段为膨胀土区段，由于区段施工降雨较多，土料含水率大，影响施工的正常进行，为此进行了膨胀土料改良的相关试验研究，本文着重介绍膨胀土改良试验研究成果。

【关键词】 南水北调膨胀土水泥改性土 掺砂改良试验研究

中图分类号：TU475+.5 文献标识码：A文章编号：

1、工程概况

南水北调中线一期总干渠陶岔渠首至沙河南段工程镇平段，位于河南省南阳市镇平县境内，起点邓州与镇平县界，桩号为52+100，终点在官鲁岗镇附近潦河右岸的镇平县与南阳市卧龙区交界处，桩号87+925，镇平段长度为35.825km；其中明渠渠道长12.0km，过水断面采用梯形断面，标段主体，土石方开挖量约为560万m3，土石方填筑约为278万m3。

2、水泥改性土施工问题的提出

河南南阳地区最典型的土质就是膨胀土，膨胀土是具有特殊性质的土，处理技术是南水北调工程的关键技术问题之一，该种土类料塑性指数较高。由于土料天然含水率大，且施工时段降雨较多，不利于翻晒；并且碎土后土料的颗粒级配也不满足设计要求，对施工进度造成了很大不利影响，因此施工工期滞后较为严重；必须进行土料的优化和改良，以满足施工进度和质量控制的要求。

3、试验研究方案的确定

南水北调中线一期工程镇平段菜河倒虹吸附近渠道有一定数量的天然砂，该区段属于开挖弃方，经试验检测为粗砂；根据现场材料的实际情况，若在粘土中掺入适量的弃方砂子，不但有利于节约成本，并且便于降低土壤含水量，有利于翻晒，土料易于破碎和掺混，因此采选取寺后张土料场的土料进行掺砂后的性能试验研究。

4、膨胀土中掺砂试验研究与分析

4.1 掺砂对土料性能的影响试验

试验选用寺后张土料场土料掺砂进行相关试验，砂掺量对土料含水率的影响见表1。

表1砂掺量对土料含水率的影响试验成果表

砂掺量对土料自由膨胀率的影响见表2。

表2 砂的不同掺量对土料自由膨胀率的影响

砂掺量对土料颗粒级配的影响见表3。

表3砂的不同掺量对土料粒组含量的影响

对土料塑性指数的影响检测结果分别见表4。

表4砂的不同掺量对土料的塑性指数的影响

4.2掺砂对土料性能的影响趋势

掺砂对土料的性能影响趋势见图1～图4，综合上述试验结果成果，砂的掺量对土料含水率的影响较大，考虑掺入砂对于土料其他性能的影响，初步选定掺量为30%～40%；由于试验用料的原因，砂的掺量对土料的自由膨胀率、塑性指数影响较小，但由于砂颗粒自身对于降低土料的自由膨胀率、塑性指数均有一定的好处，因此综合以上根据各掺砂量对土料性能的综合影响，选择掺砂量为30%进行改性试验。

4.3土料的改性试验

土料破碎的试验结果表明，掺砂后土料较为容易，掺砂碎土后级配粒径大于100mm为0， 100mm～50mm粒径含量小于4.3%，50mm～5mm粒径含量小于46%，满足土料级配要求。

由于掺砂没有显著降低膨胀土的自由膨胀率，为了控制土料的自由膨胀率，故我们按照原设计要求再掺入5%的水泥。

根据选定的掺砂量分别进行土料掺砂后的轻型击实试验，土料掺砂后再掺5%的水泥进行水泥改性土的轻型击实试验，试验结果见表5。

表5 击实试验结果

膨胀土掺30%砂，再掺入5%水泥后确定的水泥改性土的最大干密度和最优含水率为控制依据，进行水泥改性土的拌合及碾压试验，碾压10遍压实度合格率100%。

5、结语

由于膨胀土具有独特的性质，遇水膨胀，失水收缩、易于开裂，对于采用膨胀土进行填筑的工程项目，需要采用掺水泥的措施对其进行改性施工。在膨胀土中掺砂可降低土料的含水率，降低土料的塑性指数，并且随着砂含量的增加，土料最大干密度增大，最优含水率可逐步降低。

在本工程土方填筑施工中，由于土料场天然土料含水率高，碎土困难，影响了改性土施工，成为影响工期的重要原因之一；而膨胀土的掺弃砂改良试验研究的成功应用，解决了水泥改性土因天然含水率高、级配不良、破碎困难等方面的难题，大大提高了土方填筑施工效率，并且因地制宜地利用了弃方材料，减少弃料方量，具有良好的综合效益，可为同类工程施工项目所借鉴。

【参考文献】

南京水利科学研究院，中华人民共和国行业标准，《土工试验规程》，北京，中国水利水电出版社，1999年4月；

交通部公路科学研究院，中华人民共和国行业标准，《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTGE51-2009），北京，人民交通出版社，2009年。