水泥改良土填筑質量控制

吳 劍 峰，　湯　婷

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都　610066)

水泥改良土填筑質量控制

吳 劍 峰，湯婷

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都610066)

摘要：水泥改良土是土方填筑中普遍采用的一種土的改良方法，被廣泛應用于各種工程的土方填筑中。結合石濟客專二標水泥改良土填筑，介紹了在水泥改良土試驗、施工方面采用的質量控制方法。

關鍵詞：水泥改良土；質量控制；試驗檢測

1工程概述

新建石家莊至濟南鐵路客運專線工程SJZ-2標段線路位于河北省境內，起點位于晉州市，向東南方向延伸至辛集市，設置辛集南站，標段起始里程為DK51+213.36～DK79+555.99，正線長度為28 342.63 m，路基長度為2 004.54 m， 路基段主要經過沖積平原，其地形平坦開闊且大部分被辟為耕地，所處地層以粉土、粉質粘土及砂土層為主，地基承載力在100～450 kPa之間，地層較軟弱。設計方案均為填方路基，填高為6.5～9 m。該段路基基床底層及基床以下路堤采用水泥改良土作為路基填料。

2水泥改良土原理

水泥改良土原理：水泥中的礦物與土中的水發生水解和水化反應后在土中形成骨架，約束土顆粒進而提高了土體的穩定性，同時提高了土抵抗外部荷載變形的能力。水泥改良土是在土中摻入一定劑量的水泥、用以改善土體性能的方法，其目的為提升土體的穩定性和強度。

3對水泥改良土中原材料質量的控制

3.1原土料質量控制要求及檢測結果

根據設計圖紙及規范要求，采用水泥改良時，原土料中的有機質含量不應大于2%，硫酸鹽含量(折算成SO42-)不應大于0.25%，檢測指標見表1。

大量的室內試驗結果表明：在低摻量條件下，對于塑性指數Ip<12的粉土、粉質粘土采用水泥改良其物理、力學性能相對較好，效果最好的為砂性土，其次為粉狀土、粘性土。依據表1中的液限、塑性指數可以判斷出該土為粉質粘土。

表1　原土料檢測指標表

3.2水泥質量控制要求及檢測結果

規范要求水泥應采用普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥，不應采用快硬水泥和早強水泥。設計要求采用普通硅酸鹽水泥(P.O42.5)，其技術要求指標見表2。

表2　水泥技術指標表

考慮到現場施工和天氣原因，建議應與水泥生產廠家協商適當的延長水泥凝結時間。

4水泥改良土試驗

4.1水泥改良土技術要求

水泥改良土技術要求見表3。

表3　水泥改良土技術要求表

4.2水泥改良土試驗前應注意的事項

水泥改良土填筑與素土具有本質的區別。水泥改良土具有延時效應，強度和干密度隨時間延長發生明顯的變化；而對于素土而言，壓實質量的控制指標與延遲時間無關，故在進行室內擊實試驗確定改良土最大干密度和無側限抗壓強度時，一定要考慮水泥改良土的延時效應。試驗證明：水泥改良土強度和干密度是隨著時間的延長慢慢減小的。為了準確地控制現場的填筑質量，在進行標準擊實時應考慮現場的填筑時間。現場水泥改良土從拌合、運輸、攤鋪、整平、碾壓成型再到取樣試驗通常需要3～4 h(受限于攪拌能力、協調方面等因素，填筑時間可能更長)。以浸潤土加水泥拌合后1 h內得到的最大干密度和無側限抗壓強度控制現場填筑壓實質量明顯與實際不相符，是不科學的，數據偏差太大，沒有代表性，不能反映填筑的真實質量。為了更準確地控制現場壓實質量，應該進行水泥改良土延時2 h、3 h、4 h、5 h、6 h的最大干密度和7 d無側限抗壓強度試驗，建立延時時間和最大干密度、延時時間和強度的關系曲線；亦可根據現場實際填筑情況(拌制到試驗檢測的時間)僅測定3～4 h或4～5 h延時時間對應的最大干密度和無側限抗壓強度，以供進行水泥改良土工藝試驗和正式填筑時控制質量選用。

4.3水泥改良土室內標準試驗

按設計要求，基床以下填筑3%的水泥改良土，原土留在通過5 mm篩上的質量占總質量的3.8%，依據規范選用重型擊實儀中的Z1(分5層擊實，每層25下)。采用電動擊實儀，為降低試驗誤差，每層土樣需稱量一致，將最后一層擊實面超出擊實筒高度嚴格控制在6 mm以內。制備延時時間為2 h、3 h、4 h、5 h、6 h的土樣試驗得出最大干密度后，重新制備土樣進行無側限抗壓強度試驗。試驗結果見表3；所繪制的延時時間和最大干密度、7 d飽和無側限抗壓強度關系見圖1、2。

表3　試驗結果統計表

圖1　延時時間與最大干密度關系圖

從圖1中可以看出試驗結果是符合改良土延時效應的，1～6 h無側限抗壓強度都能滿足要求，但5～6 h最大干密度已沒有明顯的變化，說明水泥在土中的改良作用已經不明顯，水泥和土中的水水化反應骨架作用開始形成，已慢慢產生強度。若碾壓過程超過5 h將會破壞水化反應骨架的形成，從而造成水泥改良達不到預期效果。為了達到理想的改良效果，應將填筑時間控制在4 h而不宜超過5 h,這也與水泥初凝時間相符。施工中的具體填筑時間可以直接以試驗得到的水泥凝結時間來控制。

圖2　延時時間和7天飽和無側線抗壓強度關系圖

5施工拌和中的質量控制

(1)該工程水泥改良土的拌和方法采用集中場拌法。拌和前，試驗室在對原土含水率進行檢測的同時觀察土質有無明顯的變化，如變化明顯則應重新進行擊實試驗。改良土含水率控制與最優含水率相差-1～+2%，若外界氣溫較高，應考慮水分損失，含水率可根據具體的現場填筑情況適當增加。

(2)拌和過程中，所摻入的水泥不僅要與土攪拌均勻，土粒之間亦應均勻，不能出現土粒集中現象。試驗人員在水泥改良土拌和過程中需抽檢有代表性的土樣測定水泥劑量，水泥劑量采用EDTA標準溶液滴定法(滴定曲線見圖3)，水泥劑量的控制應比室內試驗確定的摻量大0.5%～1%，采用集中場拌法時可增加0.5%。在改良土拌和站測定水泥劑量滿足要求后，還應在填筑現場隨機抽查3點檢測水泥計量，如現場不能滿足要求，應在拌和站內調整拌和機水泥流量，直至現場水泥劑量滿足要求為止。在日常施工過程中，應通過大量的檢測總結出現場水泥劑量與拌和站水泥劑量之間的變化關系，以便更為高效的為水泥改良土填筑質量服務。資料中的水泥劑量應以現場測定結果為準，拌和站水泥計量的測定只能作為過程控制資料。需要注意的是：改良土在達到水泥初凝時間檢測水泥劑量是不正確的，這時水泥已開始和土粒中的水發生反應，檢測結果會偏低。

圖3　水泥劑量標注曲線圖

(3)水泥改良土在其拌和運輸過程中應加蓋遮陽布以避免表層水分損失過快；其攤鋪整平過程要流暢銜接，碾壓完成時間最好控制在水泥初凝時間內，以求達到最好的改良效果。水泥凝結時間以試驗室出具的數據為準，現場管理人員應嚴格把控時間，根據機具生產填筑能力合理安排填筑面積，避免因攤鋪面積過大而影響填筑質量甚至導致改良土失效，亦可與水泥生產廠家協商，適當的延長水泥凝結的時間，使改良土填筑時間增長。

(4)水泥改良土與素土壓實有很大的不同，應根據碾壓試驗得到的參數一次性碾壓到位，碾壓完成后不能進行二次碾壓，以免造成破壞。碾壓檢測合格后應注意對其表面灑水養護。如在工序銜接合理的情況下，應盡快進行下一層填筑。如時間太長，灑水養生不到位時填筑層表面極易開裂，其表面會因失水發生掉層現象。

6填筑碾壓前、后的質量控制

現場試驗檢測分為碾壓前檢測和碾壓完成后檢測兩個部分。檢測過程嚴格依據規范規定的檢測頻率取樣檢測，填筑開始到檢測完成最遲不能超過6 h。檢測時需要注意以下幾點：

(1)改良土攤鋪碾壓前水泥劑量測試時的注意要點：首先，土樣需過2 mm篩(現場最容易忽略此步驟)，應保證NH4CL溶液新鮮、未揮發，在滿足使用的前提下盡量少配置；其次，準確稱量，攪拌時間和速度嚴格按照規范執行；第三，應注意試樣的PH值，鈣指示劑加入前應用精密試紙測量，鈣指示劑加入搖勻后溶液顏色為玫瑰紅；最后，控制標準溶液滴入速度(溶液流入的同時輕輕晃動錐形瓶，使標準溶液和試樣充分反應)，試樣顏色開始轉變時，迅速控制滴定管閥門、減小流速，當顏色完全轉變為天藍色后立即關閉閥門，記錄EDTA標準溶液消耗量，查表得出水泥劑量。

(2)應將碾壓現場水泥改良土的水泥劑量允許偏差與室內試驗配合比的外摻料劑量偏差控制在-0.5%～+1%。水泥劑量檢測合格后，應按規范要求在已攤鋪好填料的現場取無側限抗壓強度試樣，在室內按要求的壓實密度成型，并按規定進行養護和無側限抗壓強度試驗。必須在攤鋪好的現場取樣，成型試驗和碾壓完成時間應大致相同。

(3)記錄從攪拌開始到填筑完成試驗所需的時間，以便通過延時時間對應的最大干密度關系圖(圖1)查找相應時間段對應的最大干密度，用于控制現場壓實系數。對攪拌開始時間和試驗時間應準確記錄，并在試驗記錄中標明。

(4)改良土壓實后采用環刀法檢測時應對環刀體積進行校驗。檢測壓實系數時，應在土厚度1/2處取樣。過深，會造成數據偏小；過淺，可能會造成數據偏大。在中部取樣檢測更能真實反映填筑質量。

(5)灌砂法檢測時，應標定標準砂密度。標定時，砂在進入容器時要勻速，避免震動容器。現場檢測時，試驗坑要按標準規定的直徑深度成型，周圍平整，深度至本層與下層的結合面。挖坑前，先定位放好基板，校準檢測面，挖坑過程中，避免土樣散失。為保證標準砂勻速流入試坑，在灌砂過程中避免震動。

(6)現場壓實系數檢測方法的選擇應符合規范要求，其原則為簡單、準確、高效。現場采用的具體方法需根據設計或業主要求決定。如無要求時則遵循上述原則。每個方法之間亦有不同的差別。目前工地試驗室改良土壓實系數普遍采用的方法為環刀法和灌沙法。考慮到第三方檢測單位對改良土填筑壓實系數所采用的檢測方法與施工單位不一致的情況，施工單位工地試驗室應對不同方法檢測得到的壓實結果進行匯總并比較分析，統計出固有的規律。在實際質量控制中應做到所得到的結果都能保證滿足不同的試驗方法。這樣做的目的就是為了避免在出現兩個檢測方法時數據不統一而造成結果判定完全不同，對施工質量產生懷疑，甚至造成質量事故。在沒有明確采用哪種方法時，施工現場檢測中切記要進行不同試驗方法的比較，要以嚴、以高為較準。

7結語

改良土質量的控制首先是延時時間對應最大干密度關系的建立，相應延時時間對應的最大干密度是衡量現場壓實系數的依據，施工拌和中的質量控制要點在于含水率必須滿足填筑要求、水泥劑量準確、填筑時間合理。施工過程的質量控制是現場試驗能否滿足要求的保證，必須有可靠

的檢測手段，檢測中對方法的選擇和注意事項要清晰，試驗過程要嚴謹、方法兼顧到位。只有這樣，水泥改良土的改良效果才能充分發揮，質量才能得到有力的保證。

參考文獻：

[1]高速鐵路路基工程施工質量驗收標準，TB10751-2010[S].

[2]鐵路工程土工試驗規程，TB10751-2010[S].

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV4;TV541;TV523

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0031-04

作者簡介:

吳劍峰(1984-)，男，甘肅天水人，工程師，從事水利水電工程試驗檢測工作；

湯婷(1988-)，女，四川廣元人，助理工程師，從事水利水電工程試驗檢測工作.

(責任編輯：李燕輝)