土壤破碎筛分装置厂拌法改良膨胀土与传统施工的差异

程浩林 姜富伟 李 广

中国电建市政建设集团有限公司 天津 310000

1 工艺原理

膨胀土的共性就是具备遇到水膨大、失水干裂，研发一种土壤破碎筛分机，通过运用齿鼓式液压碎土技术对土壤进行削切、抛击、挤压，破碎、筛分等工序措施，解决了料进入破碎仓，架空、堵塞现象，减少了二次破碎土料颗粒，合理以土料控制设计最优含水率要求，并且使土样细度模数满足技术要求。然后在破碎的膨胀土样中运用厂拌法掺入适量的水泥通过拌和机充分掺拌，使其相互产生物理化学反应，改变膨胀土的力学性能，提高强度与稳定性，使其膨胀性得以控制。碾压后的换填层，膨胀土基础将会与大气形成隔离的作用，并发挥其吸收基面的膨胀潜能，利用原膨胀土基础本身因含水量变动而降低引发的胀缩应力，从而避免膨胀土边坡发生滑坡与失稳。

2 工艺施工方法

施工工艺流程图如图1 所示。

图1 施工工艺流程图

2.1 施工准备

组织专职技术人员熟悉设计图纸等资料编制专项实施方案，配置满足需求的施工作业人员及施工机械。

按照设计坐标点对渠道的沿线的坡底、转角及坡顶等进行轮廓点放样，以线订桩并标注土样填土高度，依据设计边坡进行控制比例。在宽度放线外边线要比设计超30cm，以确保边线压实度合格，每10m 布设一根基准桩，并洒白灰线作为施工临时线。施工期间要经常对控制点复测与保护，及时对破坏的控制点与桩点进行恢复。

2.2 保护层开挖及清基

依据坐标放样开挖边线，对填筑坡面及平台的浮土清理，连同地表的积水一同抽排洁净，确保填筑面清洁无水。边坡水泥改性土换填先利用挖掘机对多余土方剥离开挖，为防止坡面长时间风吹与日晒，在开挖坡面时依据设计开挖轮廓预留15cm 保护层，以此定桩、定高、挂线等工序施工，挂线必须将线拉紧，同时尽可能保持坡面平整。坡面预留保护层应在边坡水泥改性土换填时随分层台阶开挖一并挖除。在开挖接近设计基面及坡面时，利用人工联合挖掘机（焊接钢板）缓慢精细找平，保护原状土不受扰动，严禁超挖，基面采用压路机进行压实，压实度控制不小于0.95，表面平整度不超过±5cm。

建基面开挖完成后，进行边线及高程复核，上报测量成果报验。基面边线、桩号、压实度及高程等经过“三检制”检测合格，填写单元工程质量评定表，报请监理工程师复核。组织联合验收小组重要隐蔽工程验收合格后方可下一道工序施工。

2.3 坡内渗排水布置

渠道坡内排水盲沟开挖与保护层开挖同步施工，盲沟采用高强内支撑盲管，外包200g/ m2聚丙烯长丝土工布，坡面上盲沟呈Y 型布置。坡内纵向导渗盲沟采用直径200mm 盲管、顺坡向排水盲沟采用直径150mm 盲管，盲沟内填材料均为中粗砂。

人工配合挖掘机共同开挖排水盲沟，对开挖的沟槽要做好防水、排水措施，避免沟底水浸破坏，尽量缩短盲沟的暴晒时间。在沟槽开挖将达到设计高程时，应采用人工进行开挖至设计高程，严禁扰动槽底，在沟底铺筑5～8cm中粗砂精平，然后将包裹好土工布的盲管敷设于沟槽中间位置，土工布缝接宽度不小于10cm，盲管敷设完成后采用中粗砂填平沟槽。

2.4 土料翻晒、破碎

在水泥土拌合生产区域合理规划了存土翻晒区，备土通过pc225 挖掘机配合8t 自卸车将土料运至翻晒区，然后使用挖掘机、旋耕犁等设备摊铺、打梗、翻晒，使土料含水率控制在±18%。含水率检测合格后经过运输至水泥改性土拌合站开始破碎。

素土运输到拌合站后，通过运用齿鼓式液压碎土技术对土壤进行削切、抛击、挤压，破碎、筛分等工序措施，解决了料进入破碎仓，架空、堵塞现象，减少了二次破碎土料颗粒，合理以土料控制设计最优含水率要求，减少了翻晒及破碎土料的时间周期。而且增加5cm 筛分网，在生产试验和筛分检测下土料粒径检测结果统计碎土粒径合格率100%，使土样细度模数满足设计技术要求。土料破碎后试验室在拌合机土料上料口处抽取5kg 破碎后土料采用筛分法检测碎土粒径，检测合格后方可使用。碎土粒径不满足要求时应重新破碎，直至符合设计要求。

2.5 水泥改性土拌和

在每一仓水泥土改性土开仓前，首先由试验室在备料区抽取拟使用的土料2 组检测含水率，然后依检测含水率的最小值计算水泥及拌合水的用量，确定水泥改性土的配合比，并经监理单位审核，最后将审核合格的交底技术部与现场拌合。水泥改性土水泥掺量使用干土：水泥=100∶4，水泥改性土拌合每100kg 土料内水泥掺量及加水量计算公式如下：

每100kg 土料掺入水泥质量=100/ （1+ 土料含水量）×4%

每100kg 土料加入水的质量= [100/ （1+ 土料含水量）+ 水泥掺量]×最优含水率-（100-干土质量）

若在土料拌合过程中含水率发生明显变化必须再次检测土料含水率，并调整配合比。拌合站称重系统依水泥改性土配合比通知单的比例参数自动控制土料、水泥和水的掺和量。

土料拌制完成后，在拌合机出机口处抽取拌合料检测水泥剂量。水泥改性土日产量按每600m3检测不少于5个样（每个样不小于300g），日计划产量不足600m3时也不少于5 个样，依据每天计划产量确定水泥剂量检测数量，由此确定水泥剂量检测间隔时间，水泥剂量检测结果计算拌合均匀度，确保水泥剂量检测按水泥改性土产量分布均匀。水泥掺入剂量检测平均值不得小于4%，并且其标准差不大于0.8。

拌和料含水率应在最优含水率1%～3%内控制，应充分考虑运距、天气、昼夜施工等各方面因素对含水率取值的影响。每仓拌合的第一仓料必须检测拌合料含水率，检测含水率合格后可正常拌合施工，施工过程中同样应加强拌合料含水率检测。水泥剂量和含水率检测不合格的拌合料严禁使用，依据水泥剂量和含水率检测值计算水泥用量和加水量后重新进行拌和后合格后使用，或者做废料处理。拌合料通过8t 自卸车全程覆盖毡布运输至施工现场，避免水泥改性土水分蒸发。

2.6 摊铺碾压与削坡

2.6.1 摊铺碾压

拌合料上料运用自卸车后退施工，挖掘机大面积摊铺与整平，对于局部机械无法平整侧有人工配合补料平整，在摊铺土料时边线要比设计超出不少于30cm，过程要精确计算上料方量，严格把好摊铺工序质量关，利用钢筋钎插扎控制厚度，保证铺土厚度均匀。拌合料使用推土机与人工之间配合精确整平，过程中土料摊铺虚铺厚度控制为30cm，允许偏差为- 5～0cm，摊铺后表面平整度不超过±5cm。摊铺土料遇到雨季天气变化或隔夜未施工完成时，及时将摊铺水泥改性土碾压密实，并对场地防护覆盖。

2.6.2 削坡

换填完成水泥改性土后，挖掘机与人工相互配合进行削坡。自上而下顺坡按照测量人员放样放线垂直于渠道轴线方向，向经验丰富的机械操作手交底进行边坡削坡。为了减少拌合料的浪费，将修坡及削坡余料得到充分再利用，将削坡土料从上集于坡脚，然后通过挖掘机集中装运至拌合场，根据有关技术要求再次充分拌合，将其使用在允许的部位。削坡时应预留10cm 的保护层，防止长时间的风吹与日晒，为了边坡坡面的表面平整，应在挖掘机斗齿上焊一块厚约2cm，宽约17cm，长度与挖掘机斗同宽的钢板，前缘超出斗齿约1cm，作为削坡“刮板”。刮坡时应与渠道轴线方向垂直，自上而下随坡将预留的刮除保护层，坡面遗留的松土由人工随机械清至挖掘机周边拢堆。每隔5m 为一断面在坡面钉设木桩，依据测量放样坡度在桩上固定高程，并在每个桩上挂线，顺线适当进行钉桩加密，人工坡面整理，直至坡面平整度满足标准要求。

2.6.3 养生

当分层连续碾压至设计高程后进行洒水养护2～3天，表面摊铺一层素土覆盖配合养生，避免水泥土表面因失水而发生干裂、砂化。配备专用洒水车随时检查水泥土的表面养护情况，及时补充散失的水分，严禁养生期期间禁止通行。

3 经济效益分析

通过运用齿鼓式液压碎土技术对土壤进行削切、抛击、挤压，破碎、筛分等工序措施，解决了料进入破碎仓，架空、堵塞现象，减少了二次破碎土料颗粒，合理以土料控制设计最优含水率要求，减少了翻晒及破碎土料的时间周期。通过筛分检测土料粒径检测结果合格率达100%，使土样细度模数以及渗透系数要小于1×10- 5cm/ s 满足设计要求。

4 结语

引江济淮渠道边坡实行水泥改性土换填，通过土料破碎筛分设备实行厂拌法，相较于传统的路拌法施工技术工效及产能较高、程序简单、水泥土的均匀性较好，环保效果显著，便于较大规模工程的改性土换填施工，高效的实现工程进度目标，确保了项目的良好履约。适用于保护膨胀土地区引水渠道边坡的稳定，破碎的膨胀土样运用厂拌法掺入适量的水泥通过拌和机充分掺拌，改良膨胀土的结构与性能。在岩土工程领域中，膨胀土改良施工技术不断进行改革及创新，应用前景广阔。