戈壁地段水泥改良土填筑工藝參數(shù)試驗(yàn)研究

郭張鋒

新建蘭新鐵路第二雙線路基長(zhǎng)度占線路長(zhǎng)度比例很大，途經(jīng)地區(qū)多為戈壁地貌，沿線地層以碎、礫石類(lèi)土為主，中游以粗細(xì)粒土互層為主，下游相對(duì)低洼地區(qū)分布粉土、粉質(zhì)黏土。設(shè)計(jì)擬采用路基開(kāi)挖的粉質(zhì)黏土或取土坑內(nèi)的粉土、粉質(zhì)黏土作填料。該土屬 C組填料，設(shè)計(jì)采用 5%水泥改良后作為基床底層填料。另外，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)土的含水量約4%，改良土室內(nèi)最佳含水量9.6%，因此，需要增大含水量后方可摻加水泥進(jìn)行改良。為此，選擇在DK 786+280～DK 786+400和DK786+980～DK787+080段基床底層進(jìn)行水泥改良工藝及填筑工藝試驗(yàn)研究。通過(guò)水泥改良粉質(zhì)黏土與填筑試驗(yàn)研究，達(dá)到為今后路基大面積施工提供指導(dǎo)性意見(jiàn)的目的。

1 基層底層填料室內(nèi)土工試驗(yàn)

取具有代表性的可利用挖方土和取土場(chǎng)的土樣進(jìn)行顆粒分析、液塑限和擊實(shí)等相關(guān)土工室內(nèi)試驗(yàn)。確定土類(lèi)別為細(xì)粒土，屬于低液限粉土;其最大干密度為 1.88 g/cm3，最佳含水量為8.5%，液限23.3%，塑限13.6%，塑性指數(shù)9.7%。

2 水泥改良土原材料試驗(yàn)以及室內(nèi)土工試驗(yàn)

本試驗(yàn)段采用酒鋼(集團(tuán))宏達(dá)建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的戈壁牌P.O 42.5級(jí)水泥為化學(xué)改良土的外摻料，其各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)為:標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為26.5%，初凝時(shí)間為210 min，終凝時(shí)間為310m in，3 d抗折強(qiáng)度為5.3MPa，3 d抗壓強(qiáng)度為20.2MPa。以上各項(xiàng)指標(biāo)均符合 GB 175-2007規(guī)范技術(shù)要求。

取填料代表性土樣風(fēng)干后，與干土質(zhì)量 5%的劑量經(jīng)檢測(cè)合格的戈壁牌P.O42.5級(jí)水泥和一定數(shù)量的水充分拌和均勻，配置為最佳含水量狀態(tài)下的水泥改良土混合物，進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。其最大干密度為1.93g/cm3，最佳含水量9.6%; 7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值為 0.68MPa，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.04MPa，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為6.6%。

3 水泥改良土延遲試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

延遲時(shí)間是指在試驗(yàn)室內(nèi)從混合料加水拌和開(kāi)始到擊實(shí)完成這段時(shí)間。通過(guò)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，可以得出水泥改良土在標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功作用下干密度與延遲時(shí)間之間的關(guān)系，從而確定該水泥改良土在施工過(guò)程中應(yīng)該控制的延遲時(shí)間。

表1 延遲時(shí)間對(duì)水泥改良土干密度的影響數(shù)據(jù)表

在進(jìn)行延遲試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)最佳含水量在室內(nèi)配制拌和均勻的5%水泥改良土混合料，分別延遲1 h，2 h，3h，4 h，5 h，6h后進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，室內(nèi)實(shí)測(cè)不同時(shí)間間隔下水泥土干密度數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1。

從表1可以看到，延遲時(shí)間為 4 h時(shí)，水泥改良土混合料所能達(dá)到的干密度為1.84g/cm3，為無(wú)延遲時(shí)間時(shí)的95.3%(1.93 g/cm3)。可以初步確定該水泥改良土混合料在現(xiàn)場(chǎng)施工中從拌和、運(yùn)輸、整平、碾壓完畢的延遲時(shí)間以 4h為宜。

4 碾壓工藝試驗(yàn)前現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行基床底層試驗(yàn)段填筑前，首先對(duì)里程DK 786+100～DK786+200范圍進(jìn)行原地面清表、整平并反復(fù)碾壓處理后，然后進(jìn)行地基系數(shù)K30和壓實(shí)系數(shù) k等指標(biāo)檢測(cè)，使各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)達(dá)到無(wú)碴軌道基床底層以下路基填料壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5 水泥改良土碾壓工藝試驗(yàn)

1)拌和遍數(shù)工藝參數(shù)試驗(yàn)。按照《客運(yùn)專(zhuān)線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:砂類(lèi)土和改良細(xì)粒土每層最大填筑壓實(shí)厚度應(yīng)不大于 30 cm的要求，進(jìn)行攤鋪。按照松鋪系數(shù) 1.15攤鋪 35 cm素土。待素土含水量達(dá)到水泥改良土最佳含水量2%～3%范圍時(shí)，按照干土質(zhì)量 5%計(jì)算所需水泥用量，然后打方格在素土表面均勻撒布水泥，使用路拌機(jī)拌和一遍后，取具有代表性拌和料進(jìn)行顆粒篩分試驗(yàn)，并從整個(gè)攤鋪厚度范圍內(nèi)上、中、下三個(gè)部位分別取樣檢測(cè)其水泥劑量，再次使用路拌機(jī)進(jìn)行第二遍和第三遍拌和，分別重復(fù)進(jìn)行上述試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2。

表2 拌和遍數(shù)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總表 %

結(jié)論:從表2檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出經(jīng)第一遍拌和后混合料很不均勻，上、中、下層水泥劑量相差很大，變異系數(shù)高達(dá) 45.71%并存在 11%大于 1 cm的土塊顆粒。經(jīng)過(guò)第二遍拌和后，上、中、下層水泥劑量基本一致，已經(jīng)沒(méi)有大于1 cm的土塊存在。第三遍拌和結(jié)果與第二遍拌和相比沒(méi)有變化，因此進(jìn)行兩次拌和已經(jīng)可以滿(mǎn)足碾壓前拌和均勻以及混合料中不應(yīng)含有大于 10mm的土塊的要求。

2)碾壓遍數(shù)工藝參數(shù)試驗(yàn)。改良土拌和均勻且含水量為最佳時(shí)，使用平地機(jī)調(diào)平，然后用YZ20型壓路機(jī)進(jìn)行碾壓遍數(shù)工藝試驗(yàn)。先進(jìn)行弱壓一遍，選取6個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)定壓實(shí)系數(shù) k和變形模量Evd，然后每強(qiáng)振一遍在相同測(cè)點(diǎn)測(cè)定6個(gè)壓實(shí)系數(shù)k(環(huán)刀法)和變形模量Evd數(shù)據(jù)，累計(jì)強(qiáng)振 5遍，每次強(qiáng)振完后均重復(fù)上述檢測(cè)。測(cè)試數(shù)據(jù)平均值見(jiàn)表 3。

表3 碾壓遍數(shù)工藝試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)匯總表

結(jié)論:由于水泥改良土需嚴(yán)格控制碾壓時(shí)間，所以在進(jìn)行碾壓遍數(shù)工藝試驗(yàn)時(shí)只進(jìn)行壓實(shí)系數(shù) k和Evd兩項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)，從圖 1和圖 2曲線可以看出，壓實(shí)系數(shù)k和 Evd測(cè)試數(shù)據(jù)均在累計(jì)碾壓4遍后出現(xiàn)拐點(diǎn)，在進(jìn)行 5遍和 6遍碾壓后測(cè)試數(shù)據(jù)已經(jīng)沒(méi)有明顯增加。因此推薦碾壓方式為:弱壓 1遍 +強(qiáng)壓 3遍+靜壓 1遍(靜壓 1遍只起最后光面和平整作用)。

6 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析及效果評(píng)價(jià)

通過(guò)上述一系列室內(nèi)試驗(yàn)和工地現(xiàn)場(chǎng)碾壓工藝試驗(yàn)，可得到以下結(jié)論:1)填料類(lèi)別為細(xì)粒土，屬于低液限粉土，必須進(jìn)行改良方可作為基床底層填料。水泥進(jìn)行改良后最大干密度為1.93g/cm3，最佳含水量9.6%，CBR=47.6%，其壓實(shí)效果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。2)路拌機(jī)拌和遍數(shù)為2遍，行駛速度控制在1.5 km/h左右，拌和深度控制在30 cm以?xún)?nèi)。3)改良土碾壓松鋪系數(shù)為1.15，填筑壓實(shí)厚度不宜大于30 cm;采用YZ20及以上噸位的振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，從拌和到碾壓完成時(shí)間控制在 4h～5 h。4)改良土在碾壓及檢測(cè)的數(shù)小時(shí)過(guò)程中，僅僅依靠白天氣溫高的時(shí)段進(jìn)行改良填筑施工，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法采取有效措施進(jìn)行防凍，因此，土層表面出現(xiàn)過(guò)約1 cm的凍層，所以，建議冬季不安排改良土的施工。

[1] 王 健，鞏玉霞.水泥混凝土收縮影響因素分析[J].山西建筑，2009，35(15):153-154.