南水北调中线磁县段水泥改性土施工质量控制

金泰植，郑永清

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

膨胀土是一种特殊性质的高塑性黏质土，富含蒙脱石、伊利石、高岭石等矿物成分，具有显著的吸水膨胀、失水收缩、裂隙性、超固结和反复胀缩等特性，性质极不稳定，处理起来技术难度和投资都比较大，其施工质量控制是南水北调中线工程面临的关键技术问题之一。

南水北调中线磁县干渠工程第3施工标段总长11 km，膨胀土达7.7 km，其中强膨胀土4.37 km、中膨胀土1.66 km、弱膨胀土1.67 km。渠道设计横断面为梯形断面，分全挖、全填、半挖半填3种形式，其中全挖段长2.436 km、全填段长1.590 km、半挖半填段长6.550 km。膨胀土换填设计总量151.2万m3，其中改性土换填总量为85万m3，水泥改性土拌制采用厂拌。

1 改性土搅拌站

拌和机3套，为MWBG700Ⅰ型，设计功率700t/h，由集料系统、计量传送系统、拌制系统、水泥罐体四部分组成，24 h满负荷产量3 000 m3。碎土机5台，为YST600A型，加设28 mm筛网，保证土料颗粒小于5 cm，24 h满负荷产量1 000 m3/台；5台碎土机同时运转可供2套拌和机正常运行。

2 土料

分层开采，每3 m一层，通过试验确定3 m内土样混合料的自由膨胀率是否满足改性条件，不满足则撇除。顶层3 m取土完毕后，进行下层3 m深度的土料试验。每600 m3为一检测单元（L20m×W10m×H3m），每个检测单元取7个探孔，孔深3m，每个探孔3 m混合料作为1组土样，共7组。膨胀率极值小于60%且平均值在55%之内视为合格；自由膨胀率平均值大于55%的重新选定取土部位。

3 水泥

所用水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥。试验选定水泥掺量为4%，采用EDTA滴定试验，测定水泥含量平均值不小于设计掺灰量，标准差不大于0.7。

4 水

水泥改性土拌和采用饮用水。

5 最大干密度

选取有代表性的土料，根据不同的料源及水泥掺量的水泥改性土分别进行室内标准击实，并确定水泥改性土的最优含水率及最大干密度。

式中：β为根据工程需要设计的改性土压密度。

式中：ys为标准击实试验最大干密度；y6为最优含水量下20 t凸块振动碾振动碾压6遍对应的干密度。

击实试验按SL237-011-1999方法进行。试验制备采用干法，击实单位体积功能为592.2 KJ/m3。

每5 000 m3进行一次击实试验，选用最合理的最大干密度和最优含水率，确保压实度检测准确性。选定最大干密度范围为1.74～1.76，最优含水率在17.0%左右。最大干密度、最优含水率与γ6对比情况，见表1。

表1 最大干密度、最优含水率与γ6对比统计

6 施工质量控制要点

（1）料源复勘：每150 m3土料取1组试样，自由膨胀率试验平均值大于55%的严禁使用，分区取样，分区开采。

（2）晾晒：土料在拌和前应进行晾晒，含水率小于18%后再进行破碎、拌和。

（3）拌和：拌和系统采用电脑计量。破碎合格的膨胀土料→检测破碎土料的含水率→根据最优含水率确定加水量→渗加4%水泥→稳定土拌和站拌和。

（4）检测：采用EDTA滴定试验，每600 m3抽测6个样品，每个样品重量不少于300 g，检测水泥掺量的均匀性、标准差。膨胀性检测按14 d自由膨胀率进行初检，28 d自由膨胀率进行复检。

（5）摊铺：推土机摊铺，铺料厚度30±2 cm，边坡超填宽度30 cm，碾迹重叠不小于20 cm。含水率控制在最优含水量+1%～+3%范围内，以补偿在摊铺及碾压过程中的水分损失。在进行上一层铺土之前，对结合面进行洒水。同时，填筑前在原渠坡上逐层开蹬，台阶高为每层铺土的厚度。

（6）碾压：先用21 t凸块振动碾静压1遍，再振压8遍，行车速度小于2 km/h，拌和完成至碾压终止时间不超过4 h。凸块振动碾在平行于铺料长度的方向以前进后退法振动碾压，碾子填筑段外起振，达到正常运转之后驶入填筑段。

（7）压实度检测：采用环刀法检测压实度，检测频率：1次/（100～200 m3），每层不少于3个点。每层填土完成碾压后，4h内完成压实度检测，8h内完成覆盖。

7 经验与建议

（1）应坚持“预防为主，及时处理”的原则，加强地质巡查和预报，主动防护，做好施工期降、排水和防护等。

（2）换填施工遵循“3快1密实”原则，即快速摊铺、快速整平、碾压密实、快速检测，以保证整个施工过程在水泥初凝前结束。

（3）水泥掺量、拌合均匀度、土料含水率、粒径、拌和用水量、拌和遍数等直接影响水泥改性土的质量。在制备改性土时，必须严格按照试验说明确定的参数进行拌制，严格进行检测。

（4）降雨时必须停止施工，对已摊铺的工作面尽快碾压密实、封面、覆盖。雨后受降雨和地下水位抬高影响，渠道边坡极易形成滑坡，对施工质量、进度带来较大影响。

（5）改性土换填分段施工的结合部位以及渠道膨胀土分布区域变化界限点、膨胀土等级（强膨、中膨、弱膨）变化点，是施工质量控制的重点和难点部位，其保护层的厚度检验是监理检测重点。

（6）结合永久监测断面或选择重点部位，因地制宜埋设监测仪器，加强现场监测。

8 结语

为确保水泥改性土施工质量，应着重从土料开采、水泥掺量、拌制时间、试验检测、摊铺碾压等方面采取一系列措施进行全过程控制，检查料源、水泥掺量，检测膨胀率、干密度、压实度等，将质量控制贯穿于整个施工过程，采取行之有效的办法减少环境变化对改性土施工的影响。