延時(shí)碾壓對4%水泥改性土壓實(shí)度的影響研究

王 勇,張大偉

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧省丹東市 118000)

文章編號：1006—2610(2015)05—0049—04

延時(shí)碾壓對4%水泥改性土壓實(shí)度的影響研究

王 勇,張大偉

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧省丹東市 118000)

針對室內(nèi)4%水泥改性土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場碾壓后的干密度差值較大的這種情況，通過從土料場不同位置的擊實(shí)以及室內(nèi)延時(shí)擊實(shí)試驗(yàn)2種情況來分析，找到存在差值的原因以及在實(shí)際施工中采用何種控制方法進(jìn)行質(zhì)量控制，以保證工程質(zhì)量和工程進(jìn)度。

膨脹巖(土);水泥改性土;延遲時(shí)間;最大干密度

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)

南水北調(diào)中線工程總干渠寶豐郟縣段第7施工標(biāo)段位于河南省平頂山市郟縣安良鎮(zhèn)內(nèi)，起止樁號為SH(3)56+000 m～SH(3)61+957.6 m，標(biāo)段長度5.957 6 km；

本段挖深大于15 m的中膨脹巖(土)為泥灰?guī)r，分布在設(shè)計(jì)樁號SH(3)59+108 m～SH(3)60+868 m；該段為深挖方渠段，挖深15～22 m，渠底、一級坡及二級坡分布為中膨脹性的黏土巖，上部中粉質(zhì)壤土；

膨脹巖(土)因其具有的特殊工程特性，易造成渠坡失穩(wěn)，因而對工程安全運(yùn)行影響較大，而且其處理難度、處理工程量和投資也較大，膨脹巖(土)處理是南水北調(diào)中線工程總干渠的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)問題之一，而采用4%水泥改性土進(jìn)行換填，則是最行之有效的解決辦法。

1.2 主要工程量

渠道膨脹土(巖)段換填起圪樁號為SH(3)58+768 m～ SH(3)60+868 m，換填長度為2.1 km，其中樁號SH(3)58+768 m～ SH(3)59+108 m采用自由膨脹率小于20%黏性土換填，樁號SH(3)59+108 m～ SH(3)60+868 m一級馬道以下采用4%水泥改性土換填，一級馬道以上采用自由膨脹率小于20%的黏性土換填，其主要工程量見表1。

表1 渠道換填主要工程量匯總表

2 問題發(fā)現(xiàn)

在實(shí)際施工中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場取環(huán)刀后的壓實(shí)度均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)室檢測的干密度與第三方試驗(yàn)室所做擊實(shí)最大干密度相差較大，造成換填施工處于暫停狀態(tài)；開始認(rèn)為是碾壓遍數(shù)不夠或者是鋪土厚度較厚造成的壓實(shí)度不夠，但是經(jīng)過現(xiàn)場多次生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)，環(huán)刀檢測的結(jié)果還是達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

3 原因分析

3.1 查找相關(guān)資料

由于水利水電工程方面缺少關(guān)于水泥改性土方面的資料，但是通過參照J(rèn)TJ057-94《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》中T0804-94條文說明3.0.4.1(4)條明確指出：當(dāng)水泥遇到水后會開始水化作用，從加水拌和至擊實(shí)試驗(yàn)間隔的時(shí)間愈長，水泥的水化作用和結(jié)硬程度就愈大，會影響水泥混合料所能達(dá)到的密度，間隔時(shí)間愈長，影響愈大。

3.2 原 因

經(jīng)與第三方試驗(yàn)室溝通，了解得知4%水泥改性土最大干密度的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果均是在無延遲時(shí)間、在室內(nèi)恒溫的情況下完成最大干密度和最優(yōu)含水率的試驗(yàn)，而施工現(xiàn)場從加水拌和至現(xiàn)場攤鋪完成，需要1.5～2 h左右；很明顯，室內(nèi)確定的最大干密度是在無延時(shí)狀態(tài)下做出的結(jié)果，而施工現(xiàn)場則是在延時(shí)2 h后完成碾壓，而從加水泥拌和至碾壓結(jié)束的延遲時(shí)間對水泥改性土的干密度有明顯的影響，因此，必須通過延時(shí)試驗(yàn)確定延遲時(shí)間對水泥改性土最大干密度的影響，才能最終選定最大干密度作為施工中的控制干密度。

4 延遲時(shí)間的確定

根據(jù)水泥改性土的干密度隨著時(shí)間出現(xiàn)衰減的特性，尋找在規(guī)定的4 h之內(nèi)找到與施工現(xiàn)場匹配的控制干密度，成為了解決控制干密度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵突破口，同時(shí)還要考慮不同土料場在摻拌水泥后其干密度的差值，都需要試驗(yàn)來逐一驗(yàn)證。

4.1 料場不同位置土料擊實(shí)對干密度的影響

在改性土拌和站取土樣分別外送到禹州第三方試驗(yàn)室和黃委會進(jìn)行擊實(shí)對比，各方試驗(yàn)室擊實(shí)結(jié)果見表2。

表2 擊實(shí)結(jié)果對比表

從表2中可以看出，現(xiàn)場試驗(yàn)室與黃委會所出的擊實(shí)結(jié)果較為接近，與禹州第三方試驗(yàn)室的擊實(shí)結(jié)果差值也不大，排除人為因素外，該結(jié)果說明料場的土料變化并不是很大。

2012年8月15日，在土料場I-D區(qū)重新取樣，在現(xiàn)場試驗(yàn)室再做擊實(shí)試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 土料擊實(shí)結(jié)果匯總表

從表3中的數(shù)據(jù)來看，擊實(shí)結(jié)果變化均不大。

8月19日，在土料場I-D區(qū)重新再取樣，在現(xiàn)場試驗(yàn)室和禹州第三方試驗(yàn)室再做擊實(shí)試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見表4、5。

表4 現(xiàn)場擊實(shí)結(jié)果匯總表

表5 禹州第三方試驗(yàn)室擊實(shí)結(jié)果匯總表

從表4、5的數(shù)據(jù)來看，雖然素土擊實(shí)結(jié)果存在一些差異，但是室內(nèi)4%水泥改性土的擊實(shí)結(jié)果兩家試驗(yàn)室試驗(yàn)的結(jié)果基本相同，說明土料場雖然存在結(jié)核含量不均勻的情況，但是在摻拌水泥改性后，其干密度是相對穩(wěn)定的。

4.2 延時(shí)擊實(shí)驗(yàn)證

4.2.1 試驗(yàn)研究路線

(1) 水泥改性土室內(nèi)拌和標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)；

(2) 水泥改性土機(jī)械拌和后土料標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)；

(3) 水泥改性土現(xiàn)場碾壓的干密度試驗(yàn)；

(4) 室內(nèi)配置水泥改性土接近最優(yōu)含水率時(shí)，分別在間隔0.5 h進(jìn)行擊實(shí)，延遲時(shí)間分別為0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5和5 h，比較相同擊實(shí)功下水泥土隨時(shí)間延長的壓實(shí)效果；

(5) 現(xiàn)場實(shí)際攤鋪及完成6和12遍后現(xiàn)場取樣干密度結(jié)果，并記錄碾壓遍數(shù)完成時(shí)間；

(6) 確定室內(nèi)延時(shí)擊實(shí)與施工現(xiàn)場碾壓時(shí)間相匹配的最大干密度，指導(dǎo)施工。

4.2.2 室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)

延時(shí)擊實(shí)試驗(yàn)在現(xiàn)場試驗(yàn)室土工間進(jìn)行，室內(nèi)溫度為20 ℃，4%水泥改性土最大干密度為1.73 g/cm3，最優(yōu)含水率為18.8%，在土料拌和好水泥后，將拌和好的土料用塑料布包裹暫放，根據(jù)計(jì)劃的時(shí)間分別進(jìn)行擊實(shí)，其擊實(shí)曲線見圖1。

圖1 擊實(shí)曲線圖

4.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

(1) 水泥改性土室內(nèi)拌和標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)成果

相同擊實(shí)功下，室內(nèi)拌和和改性土隨延遲時(shí)間延長的壓實(shí)效果見表6。

從表6的數(shù)據(jù)來看，室內(nèi)拌和改性土初始干密度為1.71 g/cm3，5 h后干密度值為1.53 g/cm3，干密度下降0.18 g/cm3；擊實(shí)干密度與時(shí)間的曲線如圖2。

表6 室內(nèi)摻拌后土料擊實(shí)成果匯總表

圖2 室內(nèi)擊實(shí)干密度-時(shí)間關(guān)系圖

(2) 水泥改性土機(jī)械拌和后土料標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)

現(xiàn)場采用塑料袋裝土料，送到試驗(yàn)室后，按要求的時(shí)間分別做擊實(shí)，塑料袋不封口，模擬現(xiàn)場水分自然揮發(fā)過程，EDTA滴定水泥含量為4.5%。實(shí)驗(yàn)成果匯總見表7。

表7 機(jī)械拌和后土料水分自然散失擊實(shí)成果匯總表

從表7的數(shù)據(jù)來看，機(jī)械拌和改性土初始干密度為1.71 g/cm3，5 h后干密度值為1.56 g/cm3，干密度下降0.15 g/cm3，擊實(shí)干密度與時(shí)間的關(guān)系曲線如圖3。

(3) 水泥改性土現(xiàn)場碾壓的干密度

拌和后的土料運(yùn)至試驗(yàn)場地后分別進(jìn)行碾壓，現(xiàn)場碾壓檢測結(jié)果匯總見表8。

圖3 機(jī)械拌和擊實(shí)干密度-時(shí)間關(guān)系圖

表8 現(xiàn)場碾壓取樣檢測結(jié)果匯總表

工藝摻拌時(shí)間/h平均干密度/(g·cm-3)6邊1．522．51．651．661．6612邊33．54．01．661．671．66灌砂4．55．01．671．68

從表8的數(shù)據(jù)來看，碾壓6遍的1.02倍干密度為1.67 g/cm3，碾壓12遍后，每0.5 h取樣檢測的干密度變化不大；4 h后灌砂檢測結(jié)果為1.67 g/cm3和1.68 g/cm3，表明土料在碾壓后的干密度隨時(shí)間的變化不大。

4.2.4 從拌和土料到碾壓完成的時(shí)間

為保證改性土土料從拌和到碾壓完成的時(shí)間與室內(nèi)延時(shí)擊實(shí)相匹配，筆者特別對整個(gè)施工過程進(jìn)行了詳細(xì)地記錄，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)從拌和開始到施工現(xiàn)場碾壓完成，大約經(jīng)歷1.5～2 h。

4.2.5 試驗(yàn)結(jié)果

(1) 室內(nèi)摻拌與機(jī)械拌和的初始擊實(shí)干密度均為1.71 g/cm3，每0.5 h擊實(shí)數(shù)據(jù)相差不大，說明室內(nèi)摻拌與機(jī)械拌和的擊實(shí)差值不大，室內(nèi)的延時(shí)擊實(shí)可以指導(dǎo)施工。

(2) 從現(xiàn)場碾壓的數(shù)據(jù)來看，碾壓6遍的1.02倍干密度為1.67 g/cm3，碾壓12遍后每隔0.5 h取樣的干密度結(jié)果基本相同，說明碾壓6遍已達(dá)到最大干密度的0.98。

(3) 根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場土料從拌和到現(xiàn)場攤鋪、碾壓，基本在1.5～2 h后開始碾壓，室內(nèi)延時(shí)擊實(shí)應(yīng)與現(xiàn)場碾壓時(shí)間相對應(yīng)，考慮到現(xiàn)場推土機(jī)攤鋪以及上料自卸汽車已對土料進(jìn)行初步碾壓，室內(nèi)擊實(shí)建議采用延時(shí)1 h的擊實(shí)干密度作為指導(dǎo)施工的最大干密度。

5 結(jié) 論

在找到了室內(nèi)延時(shí)擊實(shí)數(shù)據(jù)與施工現(xiàn)場相匹配的施工參數(shù)后，碾壓后取環(huán)刀檢測干密度均符合設(shè)計(jì)要求，從而為4%水泥改性土大面積的施工取得了寶貴的施工數(shù)據(jù)，在4%水泥改性土換填施工結(jié)束后，也總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)供大家參考：

(1) 土料在破碎前，含水率不宜高于18%，否則土料會因含水率過高而將篩網(wǎng)封堵住，影響施工進(jìn)度；

(2) 天氣也是影響改性土料干密度的一個(gè)重要原因，氣溫越高，越應(yīng)加大拌和用水量，以抵消因水泥反應(yīng)從而造成土料含水率低于最優(yōu)含水率；

(3) 拌制好的改性土料運(yùn)到現(xiàn)場攤鋪好后，不宜太長，鋪設(shè)完50 m后就開始進(jìn)行碾壓，若時(shí)間過長，其干密度值下降太快，影響試驗(yàn)結(jié)果；

(4) 在氣溫較低的秋、冬季，其干密度的隨時(shí)間衰減比較小，而在氣溫較高的夏季，則干密度衰減的較大。

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Study on Influence by Delayed Compaction on Compaction Degree of 4% Cement Modified Soil

WANG Yong, ZHANG Da-wei

(Sinohydro Engineering Bureau 6 Co., Ltd, Dandong, Liaoning 118000，China)

Regarding the quite difference between the impact test result in lab and the dry density after compaction at site of the 4% cement modified soil, analysis is performed by impacts in different locations in the borrow area and delayed impacts in lab so as to find causes for the quite difference and seek the mean to control quality in construction to secure engineering quality and progress.Key words:expanded rock (soil); cement modified soil; delayed period; maximum dry density

2015-03-18

王勇(1963- )，男，遼寧省丹東市人，高級工程師,從事水利水電施工管理工作.

TV522

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10.3969/j.issn.1006-2610.2015.05.014