水泥改性土换填施工技术在南水北调中线工程中的应用

巩云涛

摘 要：膨胀土因其特殊的工程特性对工程危害极大，对膨胀土段渠道进行换填是工程主要处理措施之一。本文就南水北调中线工程一期工程总干渠陶岔～沙河南（委托建管项目）南阳段第三施工标段膨胀岩换填水泥改性土施工为例，对水泥改性土填筑的控制指标、施工工艺、实验检测和质量控制等作简要总结。

关键词：南水北调；膨胀岩；水泥改性土；施工技术

1 项目概况

南水北调中线工程一期工程总干渠陶岔～沙河南（委托建管项目）南阳段第三施工标段工程位于河南省南阳市境内，本标段为南阳段第三施工标段，桩号：SH（3）29+500-SH（3）35+800，全长为6300m。标段内共有各类建筑物11座，其中左岸排水倒虹吸3座，渠渠交叉2座，公路桥4座，生产桥2座。

主要工程量包括：土石方开挖362万立方米、土石方填筑142万立方米，混凝土7.5万立方米，砌石3.83万立方米、砂石垫层15.12万立方米、钢筋制安2316.07t。

2 渠道膨胀岩分布情况及设计处理方案

2.1 膨胀岩分布情况

本标段渠道全长6300m，膨胀岩渠段累计长度5925m，其中中膨胀累计长度4500m，弱膨胀累计长度1425m，膨胀岩共分为9个设计段。

2.2 设计处理方案

设计处理方案为换填+排水措施。

换填措施：弱膨胀渠段垂直换填厚度1m；中膨胀渠段垂直换填厚度2m。换填土料自由膨胀率<20%直接回填；>20%改性后回填。本标段换填总量约79万立方米，根据土料自由膨胀率情况，改性土换填工程量约36万立方米。

排水措施：本标段地下水位均高于渠底3m以上，采用2#排水方案，即在换填土与膨胀岩渠基之间设置一套排水系统，地下水通过逆止一调排到渠道内。

3 水泥改性土材料及施工控制指标

3.1 选用材料

（1）水泥：选用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥材料应满足相关标准要求；（2）土料：改性土用的土料除满足总干渠填筑用土标准：粘粒含量宜为10%～30%，塑性指数宜为7～17，有机质含量不大于5%，水溶盐含量不大于3%，不宜用膨胀岩土。粒径不大于50mm，且不含杂质外，自由膨胀率（一般）在20%～65%范围内。（3）水泥掺量：4%（重量比）。

3.2 施工控制指标

（1）设计压实度≥98%；（2）改性土拌和均匀性，采用水泥含量标准差进行控制，用EDTA滴定法测定水泥含量，平均值不得小于设计掺量，水泥含量标准差不大于0.7。检测频率及数量每拌和场次不大于600cm3抽测不少于6个样（每个样品重量不少于300g）。

4 碾压试验

4.1 确定最大干密度和最佳含水率

根据南水北调中线一期工程总干渠专用技术标准《南水北调中线一期工程总干渠渠道水泥改性土施工技术规定》（NSBD-ZGJ-1-37）的规定，水泥改性土的最大干密度根据下式确定：

γ=max（γs，1.02γ6）

γs――标准击实试验最大干密度；

γ6――最优含水量下20t凸块振动碾振动碾压6遍对应的干密度。

最优含水率采用小值平均值作为使用值，最大干密度采用大值平均值作为使用值。

室内标准击实8个最大干密度的大值平均值为1.78g/cm3，最优含水率小值平均值为16.9%；现场振动碾压6遍后6个干密度的大值平均值γ6为1.75g/cm3，1.02γ6为1.78g/cm3。故石河右岸土料水泥改性土的最大干密度为1.78g/cm3，最优含水率为16.9%。

室内标准击实8个最大干密度的大值平均值为1.73g/cm3，最优含水率小值平均值为16.6%；现场振动碾压6遍后6个干密度的大值平均值γ6为1.68g/cm3，1.02γ6为1.71g/cm3。故石河左岸土料水泥改性土的最大干密度为1.73g/cm3，最优含水率为16.6%。

4.2 生产性碾压试验

现场生产性碾压试验参数：

（1）铺土厚度：25cm、30cm、35cm；

（2）含水率：最优、最优+1%、最优+3%；

（3）碾压遍数：6遍、8遍、10遍、12遍（前2遍静压），碾压设备为20t凸块振动碾。

5 改性土施工

5.1 土料翻晒

水泥改性土原土含水率一般控制在最优含水率+1%～+3%，含水量如果偏小，可通过拌和机加水，含水量如果偏大，则需对土料进行翻晒，对原土翻晒主要在料场和堆土场进行。（1）料场翻晒，一般在雨季过后料场土料的含水量很高，可采用在现场用挖机先将土堆成带状土堆，待含水率合适时再挖运至拌和站堆土场。（2）堆土场翻晒，堆土场翻晒是主要的翻晒方法，堆土场较大的采用旋耕扒进行翻犁，场地小的可用挖机进行翻晒。

5.2 碎土

碎土作业在拌和场内采用YST-600型液压碎土机进行，土料含水率尽量控制在破碎最优含水率（15%～18%）范围内，保证土料破碎效率接近理论生产效率600t/h。破碎采用装载机喂料，然后通过碎土机液压驱动，经高速旋转的合金破碎头对土壤进行切削、抛甩、拍击、挤压破碎后，使土料粒径满足有关技术要求，10c～5cm粒径含量不大于5%，5cm～5mm粒径含量不大于50%。

5.3 拌和

水泥改性土拌和采用WCB-600型稳定土搅拌站，理论产量600t/h。土料破碎后，依据试验室下达的《水泥改性土拌制配料单》，初设水泥改性土拌合站拌合参数，并通过滴定试验调整；水泥剂量达到要求并稳定后才能批量生产，生产过程中每600m3抽测6个样、跟踪检测水泥剂量的均匀性、标准差。水泥改性土拌合时最优含水率为填筑最优含水率加1～3个百分点，应根据施工季节温度、风力等调整。

5.4 输、摊铺、碾压

改性土从拌合到碾压完成不超过4小时，碾压完成4小时内完成压实度检测，8小时内完成上层土覆盖，不能及时跟进的，對填筑面和建基面做好防雨和保湿等保护措施，并防止大型施工设备在其上行驶；渠底换填成型后，覆盖30cm厚的素土，避免碾压完成的水泥改性土直接与外界接触。水泥改性土运输采用15t自卸汽车，进占法卸料，摊铺采用推土机或挖机，碾压采用20t凸块振动碾。填筑分段分块进行，一般分段长度控制在40m～60m，铺料宽度在8m～10m时开始碾压，碾压完成后立即进行压实度检测。

5.5 压实度检测

水泥改性土压实度采用灌沙法检测，取样频率为1次/（100m3～200m3），且每层不少于3个点。因其干密度具有随时间衰减的特性，检测应控制在碾压完成后4小时内完成。

6 质量控制要点

（1）碎土前土料含水率控制，控制好土料的含水率是水泥改性土生产的关键，如果含水率偏大，一是碎土机效率降低，二是碎好的土容易再次结块，造成大颗粒多，水泥掺量不均匀，碾压不实。根据实际施工经验总结得出，将碎土前土料含水率控制在最优含水率附近，拌和时再加水3个百分点，生产效率和质量均能达到很好的效果。（2）层间结合面的处理，水泥土碾压并完成压实度检测后，应立即进行下一层填筑，如果不能立即进行填筑的场面，应采取洒水或覆盖养护，再次上土前应洒水将结合面充分湿润，不能出现干土层。（3）岸坡及排水管周边处理，岸坡及排水管周边机械碾压不到的部位，采用打夯机分两层进行夯实，确保各部位压实度均能达到设计要求。

参考文献：

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[2] 刘湘军，雷国强，周代涛.浅谈南水北调中线干线镇平三标水泥改性土换填施工技术[J].四川水力发电，2013（4）.

[3] 袁林海.浅析水泥改性土填筑（换填）施工技术[J].河南科技，2013（5）.