水泥改良土施工质量控制要点

刘 数 田 波 陈家吉 袁誉飞

中国建筑第四工程局有限公司 广东 广州 510665

水泥改良土是一种性能较好且比较廉价的土工改良材料。它通过机械拌和使原状土与水泥充分混合，经过适当的养护期，成为一种具有一定力学强度和耐久性能的土工改良材料，可以广泛地应用于水利、交通和建筑等各类土木工程中。

水泥改良土的原理：少量水泥掺入土中，水泥分布在所有土的空隙中，并与空隙中的水发生反应形成水泥水化产物，水泥水化产物连成骨架构成了坚固的核心，借以约束土粒，达到改良土的性质。赫佐格指出，在蒙脱土中，低剂量水泥的应力应变特性表明，水泥首先在土中构成核心，当水泥用量增加时，水泥则成为骨架结构，在2.5%的水泥用量时便构成了连续的骨架结构[1]。

武庆祥等[2]研究表明，石灰改良土、水泥改良土均能得到较好的改良效果，石灰改良土最佳配比在4%～6%范围内，超过该配比后，石灰掺量的进一步增加对其各项性能的改善效果不明显；但水泥改良土的改良效果随着水泥掺量的增加而增大，且增大的速率变缓。虽然水泥改良土技术在我国已经很成熟了，但为寻求经济、高效的施工方法，现场需要根据土的性质开展一系列试验。

1 工程概况

省道S374线霞山百蓬—麻章田寮村段改建工程（湛江大道）位于湛江市郊区，为双向8车道一级公路兼市政主干道。一合同段第一项目经理部管段位于湛江市霞山区，起讫里程K0＋000—K7＋240。全线分布高液限土段落较多，挖方路段路床范围内土需进行超挖回填合格材料；低填浅挖段普遍地下水位较高。设计给出了路床填筑改良土的方案。

湛江大道建设项目水泥改良土主要用于低填、浅挖路段及部分路段下路床，总工程量为17.8万 m3。主要土源的物理力学性质指标：液限38%，塑限23%，塑性指数15，96区CBR值14.4%，最大干密度1.97 g/cm3，最佳含水率8.3%，自由膨胀率0.14%，为砂性土。采用水泥对该土源进行改良来满足路床填筑的设计要求[3]。

2 试验段设计与施工

水泥改良土试验段为K0＋400—K0＋600段左半幅，长度200 m，平均处理宽度24 m。该段路基为低填浅挖段，下路床为水泥改良土，厚度90 cm。共分4层填筑，每层压实层厚22.5 cm。水泥改良土断面如图1所示。

图1 水泥改良土断面示意

通过土工试验得出了3%、4%、5%水泥掺量下的试验数据，项目上对得出的试验数据进行对比分析，其试验数据对比如表1所示。

表1 试验数据对比

由表1可知，3%、4%、5%水泥掺量均符合设计要求，但3%水泥掺量时改良土施工难度较高；考虑到施工难度、成本控制等因素，最终选用4%水泥的改良土作为路床填筑材料。

现场采用路拌法进行改良土施工，松铺厚度28.5 cm，根据运土车每车装料方量（16 m3），用石灰撒出9 m×6 m（纵向×横向）的网格线；采用水泥撒布机进行水泥撒布，在水泥撒布前，先用26 t压路机将整平的填土静压一遍，确保水泥撒布时不产生较大车辙，从而影响水泥土拌和均匀性。

水泥撒布机速度控制在5～8 km/h，1 m2路基的水泥撒布量＝土的干密度×1 m2土路基的体积×水泥占比＝18 kg，施工时采用铁盘检测水泥撒布量。撒布完成后用旋耕机拌和一遍，拌和深度应达到底部，相邻拌和重叠为10～20 cm，拌和时要指派专人跟机进行挖验，每间隔10～20 m挖验一处，检查拌和是否到底。对于拌和不到底的段落应重新拌和。

在干拌结束时检测含水率，如果混合料的含水率不足，应用喷管式洒水车补充洒水。水泥拌和均匀后，进行灰剂量检测〔EDTA（乙二胺四乙酸二钠）滴定法〕，验证拌和均匀性及水泥用量。整平后，当混合料的含水率在预期含水率范围时，立即用压路机进行碾压，当压实度达到设计要求的96%时，直接进行静压收面一遍。

3 改良土压实质量试验与结果分析

在试验段施工期间，前期施工质量难以控制，含水率、拌和均匀度、压实质量、板结效果等都未达到预期效果，现采集试验段的数据进行分析。

3.1 含水率对改良土施工的影响

由于改良土质为砂性土，且土体天然含水率较高，高温天气下砂性土在运输及摊铺过程中表层土5～10 cm处含水率损失较大，摊铺到分层下部的土体含水率仍然较高，土体在改良施工的时候其含水率分层较为明显，完成拌和后含水率仍然存在较大的不均匀性。为了控制改良后填土的含水率，天然土体在运输至现场摊铺完成后取不同深度的填土，确定其含水率是否存在较大差异，对于存在较大差异的填土进行初次的素土拌和，保证改良之前土质含水率基本均匀。

拌和水泥后的改良土体，测定其施工含水率，初次试验以最佳含水率8.3%控制，但以该含水率控制时，改良土施工出现无法板结、碾压后填土仍为松散状态、压实度达不到96%的压实要求等问题。不同含水率对压实度的影响曲线如图2所示。

图2 不同含水率对压实度的影响曲线

由图2和现场观察可知，当含水率＜10.0%时，路基改良土的板结效果较差，改良土施工整体不能达到设计压实度96%的要求；当10.0%≤含水率＜11.5%时，路基改良土的板结效果良好但不能满足设计压实度96%的要求；当11.5%≤含水率≤12.5%时，路基改良土的板结效果极好且满足设计压实度96%的要求；当含水率＞12.5%时，路基改良土的压实度开始下降。

因此，改良土施工除考虑水泥水化吸水、自然挥发等含水损失需提高填料含水率2%～3%外，还应在此基础上提高填料含水率1%～2%，才能保证填料结合良好，改良土压实效果更好，即在试验最佳含水率8.3%的基础上，增加3%左右的含水率，施工拌和含水率建议控制在11.5%～12.5%。

3.2 改良土施工时长对改良土施工的影响

因为硅酸盐水泥的终凝时间不长于6.5 h，因此改良土施工时长不得大于6.5 h。为提高机械使用率、加快施工进度，对不同施工时长下的压实效果进行了统计分析。

现场采取最佳试验参数进行，即含水率11.5%～12.5%、26 t压路机的机械组合，松铺厚度28.5 cm，弱振1遍和强振7遍，水泥采用初凝时间大于3 h、终凝时间不晚于6.5 h的P.O 42.5级普通硅酸盐缓凝水泥。仅控制撒布水泥至碾压完成的时间，不同施工时长对压实度的影响曲线如图3所示。

图3 不同施工时长对压实度的影响曲线

由图3可知，当施工时长≤4.5 h时，改良土施工压实效果较好，满足设计要求；当施工时长≥4.5 h时，这时的碾压会对已凝结的改良土结构造成破坏，压实度反而降低。撒布水泥至碾压完成的时间应控制在4.5 h内，可以达到良好的压实效果。

3.3 水泥拌和均匀度对改良土施工的影响

水泥拌和的均匀度对水泥改良土施工的影响也较为突出，均匀度较差的地段板结效果较差，无法整体板结，局部松散，压实质量无法得到保障。

改善拌和均匀度的措施为：在试验过程中，先控制填土松铺厚度，准确计算出每平方米水泥撒布量；采用水泥撒布机控制水泥撒布均匀性；撒布完成后进行拌和，拌和机械选用拌和深度与松铺厚度基本一致的路拌机，为保证均匀性，还应进行二次拌和[4-6]。

4 结语

通过在省道S374线霞山百蓬—麻章田寮村段改建工程工程中采用水泥进行路床土的改良实践，总结出了以下经验。

1）最佳工艺参数：采用推土机粗平、平地机精平、26 t压路机碾压、撒布机撒布水泥、旋耕机拌和、洒水车洒水的机械组合，填土松铺厚度28.5 cm，静压1遍，弱振1遍，强振7遍，静压1遍收光。项目采用最佳工艺参数施工，路基土外观表面平整，没有出现明显碾压轮迹，22.5 cm深度土的压实度满足96%的要求。

2）采用最佳碾压组合，满足设计要求和便于施工控制，又能达到最低成本控制的要求，4%水泥改良土现场施工含水率建议控制在11.5%～12.5%。

3）因水泥凝结时间影响，水泥改良土必须一次成形，对成形后的水泥土进行二次补压，会造成水泥土结构的破坏。为了实现在水泥终凝前完成施工，须采取快速摊铺、快速整平、碾压密实的施工方法。研究表明，为了达到良好的压实效果，撒布水泥至碾压完成的时间应控制在4.5 h内。

4）水泥改良土施工采用撒布机及路拌机保证改良土的拌和均匀性，很大程度上保证了改良土的施工质量，同时工作效率得到明显提升。