水泥改良土施工質量控制要點

劉 數 田 波 陳家吉 袁譽飛

中國建筑第四工程局有限公司 廣東 廣州 510665

水泥改良土是一種性能較好且比較廉價的土工改良材料。它通過機械拌和使原狀土與水泥充分混合，經過適當的養護期，成為一種具有一定力學強度和耐久性能的土工改良材料，可以廣泛地應用于水利、交通和建筑等各類土木工程中。

水泥改良土的原理：少量水泥摻入土中，水泥分布在所有土的空隙中，并與空隙中的水發生反應形成水泥水化產物，水泥水化產物連成骨架構成了堅固的核心，借以約束土粒，達到改良土的性質。赫佐格指出，在蒙脫土中，低劑量水泥的應力應變特性表明，水泥首先在土中構成核心，當水泥用量增加時，水泥則成為骨架結構，在2.5%的水泥用量時便構成了連續的骨架結構[1]。

武慶祥等[2]研究表明，石灰改良土、水泥改良土均能得到較好的改良效果，石灰改良土最佳配比在4%～6%范圍內，超過該配比后，石灰摻量的進一步增加對其各項性能的改善效果不明顯；但水泥改良土的改良效果隨著水泥摻量的增加而增大，且增大的速率變緩。雖然水泥改良土技術在我國已經很成熟了，但為尋求經濟、高效的施工方法，現場需要根據土的性質開展一系列試驗。

1 工程概況

省道S374線霞山百蓬—麻章田寮村段改建工程（湛江大道）位于湛江市郊區，為雙向8車道一級公路兼市政主干道。一合同段第一項目經理部管段位于湛江市霞山區，起訖里程K0＋000—K7＋240。全線分布高液限土段落較多，挖方路段路床范圍內土需進行超挖回填合格材料；低填淺挖段普遍地下水位較高。設計給出了路床填筑改良土的方案。

湛江大道建設項目水泥改良土主要用于低填、淺挖路段及部分路段下路床，總工程量為17.8萬 m3。主要土源的物理力學性質指標：液限38%，塑限23%，塑性指數15，96區CBR值14.4%，最大干密度1.97 g/cm3，最佳含水率8.3%，自由膨脹率0.14%，為砂性土。采用水泥對該土源進行改良來滿足路床填筑的設計要求[3]。

2 試驗段設計與施工

水泥改良土試驗段為K0＋400—K0＋600段左半幅，長度200 m，平均處理寬度24 m。該段路基為低填淺挖段，下路床為水泥改良土，厚度90 cm。共分4層填筑，每層壓實層厚22.5 cm。水泥改良土斷面如圖1所示。

圖1 水泥改良土斷面示意

通過土工試驗得出了3%、4%、5%水泥摻量下的試驗數據，項目上對得出的試驗數據進行對比分析，其試驗數據對比如表1所示。

表1 試驗數據對比

由表1可知，3%、4%、5%水泥摻量均符合設計要求，但3%水泥摻量時改良土施工難度較高；考慮到施工難度、成本控制等因素，最終選用4%水泥的改良土作為路床填筑材料。

現場采用路拌法進行改良土施工，松鋪厚度28.5 cm，根據運土車每車裝料方量（16 m3），用石灰撒出9 m×6 m（縱向×橫向）的網格線；采用水泥撒布機進行水泥撒布，在水泥撒布前，先用26 t壓路機將整平的填土靜壓一遍，確保水泥撒布時不產生較大車轍，從而影響水泥土拌和均勻性。

水泥撒布機速度控制在5～8 km/h，1 m2路基的水泥撒布量＝土的干密度×1 m2土路基的體積×水泥占比＝18 kg，施工時采用鐵盤檢測水泥撒布量。撒布完成后用旋耕機拌和一遍，拌和深度應達到底部，相鄰拌和重疊為10～20 cm，拌和時要指派專人跟機進行挖驗，每間隔10～20 m挖驗一處，檢查拌和是否到底。對于拌和不到底的段落應重新拌和。

在干拌結束時檢測含水率，如果混合料的含水率不足，應用噴管式灑水車補充灑水。水泥拌和均勻后，進行灰劑量檢測〔EDTA（乙二胺四乙酸二鈉）滴定法〕，驗證拌和均勻性及水泥用量。整平后，當混合料的含水率在預期含水率范圍時，立即用壓路機進行碾壓，當壓實度達到設計要求的96%時，直接進行靜壓收面一遍。

3 改良土壓實質量試驗與結果分析

在試驗段施工期間，前期施工質量難以控制，含水率、拌和均勻度、壓實質量、板結效果等都未達到預期效果，現采集試驗段的數據進行分析。

3.1 含水率對改良土施工的影響

由于改良土質為砂性土，且土體天然含水率較高，高溫天氣下砂性土在運輸及攤鋪過程中表層土5～10 cm處含水率損失較大，攤鋪到分層下部的土體含水率仍然較高，土體在改良施工的時候其含水率分層較為明顯，完成拌和后含水率仍然存在較大的不均勻性。為了控制改良后填土的含水率，天然土體在運輸至現場攤鋪完成后取不同深度的填土，確定其含水率是否存在較大差異，對于存在較大差異的填土進行初次的素土拌和，保證改良之前土質含水率基本均勻。

拌和水泥后的改良土體，測定其施工含水率，初次試驗以最佳含水率8.3%控制，但以該含水率控制時，改良土施工出現無法板結、碾壓后填土仍為松散狀態、壓實度達不到96%的壓實要求等問題。不同含水率對壓實度的影響曲線如圖2所示。

圖2 不同含水率對壓實度的影響曲線

由圖2和現場觀察可知，當含水率＜10.0%時，路基改良土的板結效果較差，改良土施工整體不能達到設計壓實度96%的要求；當10.0%≤含水率＜11.5%時，路基改良土的板結效果良好但不能滿足設計壓實度96%的要求；當11.5%≤含水率≤12.5%時，路基改良土的板結效果極好且滿足設計壓實度96%的要求；當含水率＞12.5%時，路基改良土的壓實度開始下降。

因此，改良土施工除考慮水泥水化吸水、自然揮發等含水損失需提高填料含水率2%～3%外，還應在此基礎上提高填料含水率1%～2%，才能保證填料結合良好，改良土壓實效果更好，即在試驗最佳含水率8.3%的基礎上，增加3%左右的含水率，施工拌和含水率建議控制在11.5%～12.5%。

3.2 改良土施工時長對改良土施工的影響

因為硅酸鹽水泥的終凝時間不長于6.5 h，因此改良土施工時長不得大于6.5 h。為提高機械使用率、加快施工進度，對不同施工時長下的壓實效果進行了統計分析。

現場采取最佳試驗參數進行，即含水率11.5%～12.5%、26 t壓路機的機械組合，松鋪厚度28.5 cm，弱振1遍和強振7遍，水泥采用初凝時間大于3 h、終凝時間不晚于6.5 h的P.O 42.5級普通硅酸鹽緩凝水泥。僅控制撒布水泥至碾壓完成的時間，不同施工時長對壓實度的影響曲線如圖3所示。

圖3 不同施工時長對壓實度的影響曲線

由圖3可知，當施工時長≤4.5 h時，改良土施工壓實效果較好，滿足設計要求；當施工時長≥4.5 h時，這時的碾壓會對已凝結的改良土結構造成破壞，壓實度反而降低。撒布水泥至碾壓完成的時間應控制在4.5 h內，可以達到良好的壓實效果。

3.3 水泥拌和均勻度對改良土施工的影響

水泥拌和的均勻度對水泥改良土施工的影響也較為突出，均勻度較差的地段板結效果較差，無法整體板結，局部松散，壓實質量無法得到保障。

改善拌和均勻度的措施為：在試驗過程中，先控制填土松鋪厚度，準確計算出每平方米水泥撒布量；采用水泥撒布機控制水泥撒布均勻性；撒布完成后進行拌和，拌和機械選用拌和深度與松鋪厚度基本一致的路拌機，為保證均勻性，還應進行二次拌和[4-6]。

4 結語

通過在省道S374線霞山百蓬—麻章田寮村段改建工程工程中采用水泥進行路床土的改良實踐，總結出了以下經驗。

1）最佳工藝參數：采用推土機粗平、平地機精平、26 t壓路機碾壓、撒布機撒布水泥、旋耕機拌和、灑水車灑水的機械組合，填土松鋪厚度28.5 cm，靜壓1遍，弱振1遍，強振7遍，靜壓1遍收光。項目采用最佳工藝參數施工，路基土外觀表面平整，沒有出現明顯碾壓輪跡，22.5 cm深度土的壓實度滿足96%的要求。

2）采用最佳碾壓組合，滿足設計要求和便于施工控制，又能達到最低成本控制的要求，4%水泥改良土現場施工含水率建議控制在11.5%～12.5%。

3）因水泥凝結時間影響，水泥改良土必須一次成形，對成形后的水泥土進行二次補壓，會造成水泥土結構的破壞。為了實現在水泥終凝前完成施工，須采取快速攤鋪、快速整平、碾壓密實的施工方法。研究表明，為了達到良好的壓實效果，撒布水泥至碾壓完成的時間應控制在4.5 h內。

4）水泥改良土施工采用撒布機及路拌機保證改良土的拌和均勻性，很大程度上保證了改良土的施工質量，同時工作效率得到明顯提升。