引江濟漢2標渠道邊坡膨脹土換填試驗研究與應用

□馬永杰 □李學強（中國水利水電第十一工程局有限公司）

1 概況

引江濟漢工程作為南水北調中線水源區工程之一，是從長江上游荊江河段附近引水至漢江興隆河段、補濟漢江下游流量的一項大型輸水工程。工程的主要任務是向漢江興隆以下河段（含東荊河）補充因南水北調中線調水而減少的水量，同時改善該河段的生態、灌溉、供水和航運用水條件。引水干渠的引水口位于荊州市龍洲垸、出水口為潛江市高石碑，線路地跨荊州、荊門兩地級市所轄的荊州區和沙洋縣，以及省直管市潛江市和仙桃市，干渠全長67.23km。干渠設計引水流量350m3/s，最大引水流量500m3/s。根據開挖成型渠道，經過地質素描顯示，部分區段呈現弱偏中膨脹土，這對渠道邊坡的穩定性形成了較大的安全隱患。為了消除安全隱患，依據設計要求，將弱偏中膨脹土的區段利用挖掘機全部挖掉，在原膨脹土的基礎上參加4%的水泥進行換填施工。

2 試驗目的

根據《南水北調中線一期引江濟漢工程設計2標膨脹土處理施工技術要求》中規定的鋪土厚度、試驗工藝以及水泥摻量，對素土摻加水泥進行改性土并對其碾壓試驗效果進行驗證，最終確定水泥改性土施工的控制性參數，為后續施工提供指導：核查水泥改性土壓實后是否達到設計壓實度、水泥改性土自由膨脹率是否達到設計要求；確定合理的施工技術參數。

3 設計要求

根據設計要求，標段水泥摻量按照素土（最優含水率）的4%進行控制，水泥改性土壓實度≥96%，自由膨脹率≤40%。

4 試驗用料

水泥：選用三峽牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥，產品符合質量要求。

素土：根據試驗結果，改性土所用素土物理性能符合技術要求，素土自由膨脹率為43%。

施工用水：主要用于現場改性土拌和、改性土養護和施工道路降塵用水。拌和用水應符合混凝土生產用水要求，主要取自換填區域附近降水井抽排水；當換填附近區域無降水井時，項目部配置有5t灑水車供水，能夠滿足現場施工需要。

5 現場碾壓試驗

5.1 碾壓試驗場地布置

測量放線：放線內容主要包括控制點的設置、平面位置的放線、高程的控制，主要需要對換填水泥土的位置邊線進行精確定位。試驗場地所選樁號范圍為10+145～10+230，試驗區面積為3.00m×95.00m，根據設計要求，鋪料厚度為30.00cm。

水泥改性土回填前先進行填筑基面清理干凈并整平，用振動碾壓實作為下部結合層。經四方聯合驗收后，才允許下一道工序。

5.2 施工工藝

5.2.1 素土破碎

本次試驗采用WB-5000-6型路拌機破碎的方式進行素土破碎，破碎前采用推土機對回填土料頂部進行整平處理，破碎時路拌機采用錯距法行走1趟為1遍，行走4遍，錯距≥20cm。

5.2.2 含水率控制

考慮到素土破碎的均勻性，需將現場水泥改性土含水率控制在一定范圍內，素土若含水率過高需要翻曬，低必須進行均勻灑水拌和，含水率調整可與素土工序合并進行，本次試驗根據設計要求，將素土天然含水率控制在最優含水率的-3%～+3%范圍內，以控制在高于最優含水率1.50%左右為宜。

5.2.3 擺放和攤鋪水泥

對攤鋪好的素土利用推土機進行整平，使其表面平整厚度均勻。按照設計要求計算出單位面積水泥用量，將水泥運到攤鋪場地后，據此在填筑面上劃分為方格，單個網格面積大小以每格放置1袋水泥，應注意使每方格水泥的攤鋪面積相等。擺放水泥經確認無誤后，人工用木刮板或鐵鍬均勻攤開，水泥的攤鋪寬度超過設計邊線的10cm即可，水泥攤鋪完畢后，表面應沒有空白位置，也沒有水泥集中的地方。水泥攤鋪完成后，采用路拌機對混合料開始拌和。

5.2.4 水泥拌和

拌合過程中設專人跟隨拌和機，隨時檢驗混合料拌合深度和含水率，為了保證拌和層與下層的粘結，拌和深度宜深入下層至少3～5cm，嚴禁在拌和層底部留有素土“夾層”。拌和機拌和完成的標志是混合料顏色應達到一致，沒有灰條、灰團和畫面，由于本工程素土含有較大顆粒，拌和3遍即可拌和均勻，通過EDTA滴定試驗檢測，均勻性滿足要求。

5.2.5 水泥改性土碾壓

拌和整形完成后采用20t振動碾進行碾壓，振動碾壓2、4、6遍后分別進行取樣檢測。碾壓方式采用搭接法進行碾壓，振動碾平行于渠道方向行走。

5.3 現場碾壓試驗結果

5.3.1 現場水泥改性土中水泥的劑量的測定

分別在反應齡期 0.5h、2h、4h、6h、12h時，按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》JTGE51-2009進行水泥改性土EDTA標準曲線確定試驗，并根據該曲線快速測定現場水泥改性土中水泥的劑量，同時檢驗拌和的均勻性。

水泥改性土EDTA各反應齡期標準曲線見圖1。

圖1 水泥改性土EDTA標準曲線圖

圖1中，0.5hEDTA標準曲線擬合線性公式為y0.5h=1.94x+5.35（其中y為EDTA二鈉標準溶液消耗量，x為水泥劑量），相關系數r=0.99；2hEDTA標準曲線擬合線性公式為y2h=1.67x+5.34，相關系數r=1.00；4hEDTA標準曲線擬合線性公式為y4h=1.46x+5.70，相關系數r=1.00；6hEDTA標準曲線擬合線性公式為y6h=1.41x+5.42，相關系數r=1.00；12hEDTA標準曲線擬合線性公式為y12h=1.30x+5.34，相關系數r=1.00。

取現場碾壓后的水泥改性土樣2組送入試驗室，在4h反應齡期時進行EDTA二鈉滴定試驗，得出標準曲線對應水泥劑量，從而換算成濕土（最優含水率）中的水泥劑量。根據設計要求，用EDTA滴定法測定水泥含量，平均值不得小于設計摻量（濕土質量的4%），水泥改性土水泥含量標準差≤0.70，試驗結果見表1。

表1結果表明：經換算，為最優含水率時，水泥劑量平均值和標準差均滿足設計要求。

5.3.2 水泥改性土壓實度

對水泥改性回填土碾壓后隨機抽點進行壓實度試驗，即對水泥改性土試驗區每種碾壓參數分別取樣2組試樣分別測定濕密度、含水率，計算干密度。現場密度試驗采用《土工試驗規程》中的環刀法進行壓實密度檢測，為確保環刀取樣能真實反映壓實度的實際情況，取樣時人工在取樣點位挖取樣坑，坑底應至該層鋪料厚度的底部，人工量測取樣坑的深度，從距坑頂2/3處挖取樣平臺，然后用環刀取樣。取樣環刀體積為200cm3，當2組試樣均達到設計壓實度時，其碾壓遍數為滿足設計要求的碾壓遍數。水泥改性土壓實度試驗結果見表2。

表1 水泥改性土水泥劑量試驗結果一覽表

表2 水泥改性土壓實度結果一覽表

結果表明：水泥改性土在松鋪厚度為30cm時，采用20t振動碾靜壓2遍、振動碾壓2、4、6遍后，其含水率范圍為1.00%～2.90%，平均含水率為1.80%，壓實度平均值在95.20%～98.80%之間，即靜壓2遍、振動碾壓6遍及以上時，抽檢試樣的壓實度均能達到設計壓實度；經抽查，發現上下結合層面結合良好，底部無虛土，無光面及剪力破壞現象。

5.3.3 現場水泥改性土自由膨脹率

取現場碾壓試驗區2組水泥改性土樣送入試驗室進行標準養護，在1，2，3d直至7d反應齡期內分別進行自由膨脹率試驗，并繪制自由膨脹率隨時間變化曲線。現場水泥改性土自由膨脹率試驗結果見表3。

表3 現場水泥改性土自由膨脹率試驗結果一覽表

結果表明：隨反應齡期的增加，現場水泥改性土的平均自由膨脹率整體上均呈下降趨勢，但有時也出現反彈現象，7d時自由膨脹率均達到設計要求。

6 結論

關于膨脹土施工，一是在水泥摻量為4%時，將含水率控制在最優含水率-3%～+3%內，松鋪厚度為30cm，采用WB-5000-6型路拌機將素土破碎4遍，水泥改性土再拌合3次，20t振動碾靜壓2遍，振動碾壓6遍進行現場質量控制，試驗結果滿足設計要求。二是由于路拌法在公路界已為成熟工藝，改性土拌和后均勻性較好，根據目測和EDTA－滴定試驗檢測，均勻性滿足設計要求。