渠道邊坡水泥改性土換填施工中若干問題探討

宋玉才 焦家訓(xùn) 張玉莉 童 耀 趙二平 王樂華

（1.中國葛洲壩集團(tuán)公司 基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌

443002）

南水北調(diào)工程規(guī)模巨大，舉世矚目，工程在安全方面要求高，而膨脹巖（土）的問題是本工程的主要工程地質(zhì)問題之一.膨脹土（巖）吸水膨脹軟化，失水收縮干裂.外界環(huán)境稍微變化，即導(dǎo)致渠坡的失穩(wěn)破壞，對工程的安全運(yùn)行影響很大.針對這一問題，在南水北調(diào)工程中，水泥改性土廣泛地作為渠道換填土料［1－8］，對坡面和渠底進(jìn)行保護(hù)處理.在水泥改性土施工過程中，為確保水泥改性土的壓實(shí)效果，需要隨時(shí)檢測水泥改性土混合料的含水率是否滿足要求.因此，在水泥改性土施工過程中，需要進(jìn)行大量的快速含水率測定以指導(dǎo)現(xiàn)場施工.

根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》［9］及《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》［10］，現(xiàn)有的含水率測定方法有烘箱烘干法及酒精燃燒法.采用烘箱烘干法進(jìn)行水泥改性土含水率測定，烘干至恒重一般需8h以上，無法滿足施工要求；采用酒精燃燒法進(jìn)行操作時(shí)容易發(fā)生水泥改性土混合料顆粒爆裂，造成試驗(yàn)誤差較大.另一方面，水泥改性土換填施工時(shí)，需要一定的壓實(shí)度，而水利方面無適用的水泥改性土標(biāo)準(zhǔn)干密度確定方法可用.《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》明確規(guī)定，在擊實(shí)時(shí)將穩(wěn)定劑（水泥）加入浸潤后的土料中，拌和均勻后在1h內(nèi)完成擊實(shí)試驗(yàn).而現(xiàn)場施工時(shí)，水泥改性土從拌和、運(yùn)輸?shù)綌備佌揭话阈枰?～3h，此時(shí)水泥與土中水分已開始發(fā)生水化反應(yīng)，所以存在著最大干密度標(biāo)準(zhǔn)事實(shí)上的不穩(wěn)定，造成了壓實(shí)度檢測結(jié)果的不確定性.如果施工中從拌和到壓實(shí)完成的時(shí)間間隔越大，則壓實(shí)度檢測的偏差就越大.文獻(xiàn)［11］中，對水泥改性土的擊實(shí)方法進(jìn)行了分析，建議鄭西客運(yùn)專線在水泥改性土施工前，進(jìn)行水泥改性土延遲擊實(shí)試驗(yàn).但并未給出延遲擊實(shí)時(shí)間.

基于渠道邊坡水泥改性土換填施工中的這些問題，本文對水泥改性土快速含水率測定方法以及水泥改性土標(biāo)準(zhǔn)干密度的試驗(yàn)方法進(jìn)行了研究，提出了水泥改性土的快速含水率測定方法以及水泥改性土現(xiàn)場碾壓標(biāo)準(zhǔn)干密度的試驗(yàn)方法.

1 水泥改性土的快速含水率測定方法

1.1 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)參照，《土工試驗(yàn)規(guī)程》及《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行.室內(nèi)拌和制備土樣，確保制備的水泥改性土含水量及水泥拌和均勻，根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范中的方法取樣，分別采用烘箱烘干法、酒精燃燒法與微波爐法，將試樣烘干至恒重，然后進(jìn)行對比分析.研究采用微波爐法進(jìn)行快速含水率測定的可行性，并制定相應(yīng)的措施和試驗(yàn)方法、要求.

1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

采用上述3種含水率檢測方法檢測數(shù)據(jù)見表1和表2.

表1 含水率試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表2 不同檢測方法試驗(yàn)成果表

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，采用微波爐法烘烤9min后，相對烘箱法的誤差為0.6%，滿足規(guī)范規(guī)定的平行試驗(yàn)誤差要求.烘烤11min時(shí)，前后兩次稱量差小于原試樣質(zhì)量的0.1%，達(dá)到規(guī)范規(guī)定的恒定重量要求.因此，本工程采用微波爐法進(jìn)行水泥改性土含水率試驗(yàn)的操作方法確定為用格蘭仕微波爐，中火檔連續(xù)烘烤9min，以兩個(gè)試樣平行試驗(yàn)的平均值為準(zhǔn).其他試樣準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)處理等過程同試驗(yàn)規(guī)程的烘箱法.采用本方法時(shí)，應(yīng)至少每周、更換微波爐時(shí)、發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有出入時(shí)，及時(shí)與烘箱法進(jìn)行對比試驗(yàn).

2 水泥改性土標(biāo)準(zhǔn)干密度的試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)方法

通過查閱國外水泥改性土擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和方法（錘重2.5kg，落距30cm，3層，25擊／層［12］；錘重4.5kg，落距45cm為模擬現(xiàn)場施工條件，水泥改性土的擊實(shí)試驗(yàn)應(yīng)在加水?dāng)嚢韬笱訒r(shí)4h進(jìn)行［13］；錘重2.5kg，落距30cm，3層，25擊／層［14］；錘重4.5kg，落距45cm，浸潤后的土樣加水泥攪拌，1h內(nèi)完成擊實(shí)［9］），發(fā)現(xiàn)一般都采用輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，而當(dāng)采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場碾壓情況，室內(nèi)擊實(shí)采用延遲試驗(yàn)的方法.

為了深入研究水泥改性土擊實(shí)延遲時(shí)間對最大干密度的影響，進(jìn)行了擊實(shí)延遲試驗(yàn).即對每組試樣再分解成5組，拌和均勻后在1h、2h、3h、4h、5h完成擊實(shí)試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制最大干密度、最優(yōu)含水率隨時(shí)間的變化曲線，并與輕型擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場所能達(dá)到的最大干密度對比.

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果見表4～6.從表中可以看出，隨著擊實(shí)延遲時(shí)間的增長，水泥改性土最大干密度逐漸下降，最優(yōu)含水率逐漸增大.而輕型擊實(shí)得出的最大干密度與重型擊實(shí)延遲4h得出的最大干密度持平，最優(yōu)含水率略大于重型擊實(shí)結(jié)果.

表4 水泥改性土重型擊實(shí)延遲試驗(yàn)成果表

表5 水泥改性土輕型擊實(shí)試驗(yàn)成果表

表6 現(xiàn)場碾壓取樣干密度檢測成果表（20t振動碾碾壓6遍）

通過上述試驗(yàn)，驗(yàn)證了水泥改性土隨擊實(shí)延遲時(shí)間的增長最大干密度降低的問題，對現(xiàn)場碾壓壓實(shí)度的確定造成了很大的影響.如嚴(yán)格按國內(nèi)現(xiàn)有的《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)來控制現(xiàn)場施工，導(dǎo)致壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，一味增加碾壓遍數(shù)、增大碾壓機(jī)械噸位，不僅浪費(fèi)資源，還易造成過壓破壞.因此，提出采用“輕型擊實(shí)”或“重型擊實(shí)為模擬現(xiàn)場施工條件，水泥改性土的擊實(shí)試驗(yàn)應(yīng)在加水?dāng)嚢韬笱訒r(shí)4h進(jìn)行”，得出的最大干密度作為標(biāo)準(zhǔn)來控制水泥改性土現(xiàn)場碾壓施工.現(xiàn)場壓實(shí)度在98%～100%之間，滿足設(shè)計(jì)要求.

3 結(jié) 論

通過以上的試驗(yàn)分析，得出以下結(jié)論：

1）采用微波爐法進(jìn)行水泥改性土含水率測定，解決了烘箱法試驗(yàn)時(shí)間過長不適應(yīng)現(xiàn)場生產(chǎn)的要求，同時(shí)解決了酒精燃燒法水泥改性土顆粒容易發(fā)生爆裂影響試驗(yàn)結(jié)果的問題，且其試驗(yàn)誤差也在規(guī)范允許范圍內(nèi).解決了現(xiàn)場需要及時(shí)提供水泥改性土含水率數(shù)據(jù)以指導(dǎo)施工的難題.

2）采用“輕型擊實(shí)”或“重型擊實(shí)為模擬現(xiàn)場施工條件，水泥改性土的擊實(shí)試驗(yàn)應(yīng)在加水?dāng)嚢韬笱訒r(shí)4h進(jìn)行”，得出的最大干密度作為標(biāo)準(zhǔn)來控制水泥改性土現(xiàn)場碾壓施工.現(xiàn)場壓實(shí)度在98%～100%之間，滿足設(shè)計(jì)要求.在進(jìn)行大規(guī)模施工前，均需要進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，以確定鋪土厚度、碾壓遍數(shù)等參數(shù)指導(dǎo)施工，而碾壓試驗(yàn)一般拌和水泥改性土方量很小，拌和至碾壓結(jié)束時(shí)間遠(yuǎn)小于正常施工時(shí)所用時(shí)間.受水泥改性土擊實(shí)時(shí)間延遲問題影響，如采用“輕型擊實(shí)法”來確定最大干密度，在進(jìn)行碾壓實(shí)試驗(yàn)時(shí)，須控制拌和至碾壓結(jié)束時(shí)間與正常施工所用時(shí)間基本一致，避免造成碾壓試驗(yàn)確定的參數(shù)不能指導(dǎo)大規(guī)模施工.

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