袁 宾1，毛 娟2，张燕方3，李思文1，郭向荣4
（1.河南省人民胜利渠管理局 河南 新乡 453003；
2.河南水利建筑工程有限公司 河南 郑州 450003；
3.河南省科光监理有限公司 河南 郑州 450001；
4.河南省水利第二工程局 河南 郑州 450003）
【摘 要】南水北调中线工程总干渠渠线土质的不均一性、差异性较大，在总干渠渠道某些特殊渠段存在膨胀土及弱膨胀土，对于自由膨胀率小于20%的粘性土直接用换填处理，对于自由膨胀率大于20%的粘性土，采用改性后换填。施工前应对换填土料的自由膨胀率进行复核，确定最终是否需要改性。
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关键词 水泥改性土；自由膨胀率；碾压试验；最优含水率；最大干密度
Modified cement soil in the south-north water diversion channel in fill in the application
Yuan Bin1，Mao Juan2，Zhang Yan-fang3，Li Si-wen1，Guo Xiang-rong4
（1.Henan provincial ShengLiQu administration Xinxiang Henan 453003；
2.Henan water conservancy construction engineering co.， LTD Zhengzhou Henan 450003；
3.Henan branch light supervision co.， LTD Zhengzhou Henan 450001；
4.Henan province water conservancy second chance Zhengzhou Henan 450003）
【Abstract】Main canal canal line of south-to-north water transfer project in the soil of heterogeneity， difference is bigger， in some special channels of the main canal of expansive soil and the weak expansive soil canal segment， the free expansion rate is less than 20% of cohesive soil is directly used in filling processing， the free expansion rate more than 20% of the cohesive soil， using modified for filling. Before the construction， should change free expansion rate of filling material review， determine whether eventually need modification.
【Key words】Modified cement soil；Free expansion rate；Rolling test；The optimum moisture content；Maximum dry density
1. 前言
水泥改性土的施工技术和施工工艺，适用于南水北调中线一期工程总干渠工程建设。通过河南省新乡卫辉第二标段的施工实践，适当掌控水泥改性土相关的原材料质量、水泥掺量、生产工艺、填筑技术、施工检测等指标的控制技术，对保证南水北调渠道换填水泥改性土的施工质量，具有十分重要的意义。
2. 对水泥改性土的要求
2.1 水泥改性土原材料所用天然土料的自由膨胀率应不大于65％。对不同取土区域，不同开采方式开采的土料应通过室内试验取得，物理力学参数，包括抗剪强度、天然含水量、粘粒含量、塑性指数、自由膨胀率、最优含水量、最大干密度等指标。
2.2 水泥改性土所掺土料和总干渠填筑用土标准一致，粘粒含量宜为10％～30％，塑性指数宜为7～17，有机物含量不大于5％，水溶盐含量不大于3％，严禁采用膨胀岩土。土料粒径不大于50mm，且不含杂质，经测定新乡卫辉Ⅱ标古驼取土场粘性自由膨胀率在20％左右，最大值为27％。
3. 料场开采土料
3.1 在进行改性土生产前，应根据被改性土土料含水量情况采取妥善的堆存及保护措施。包括土料堆场周边应做好截水沟，土料堆场应结合土料含水量及改性土生产需要备有防雨或遮阳设施等。
3.2 改性土料场土样的采集。本标段的土场开采属于分层平采，土层厚度在2米左右，按照规定当厚度大于2m时，在距开采层顶、底0.3m处以及其间等距离多点（高差不大于1m）采样等体积混合。被改性土中含有少量姜石或砾石可以忽略不计。
3.3 碎土。合格土块粒径级配为：最大粒径不大于10cm，10cm～5cm粒径含量不大于5%，5cm～5mm粒径含量不大于50%（不计姜石含量）。如土块颗粒不满足上述要求，采用推土机履带碾压破碎土块，直至满足粒径要求为止且不能使土体板结。
3.4 密切观测碎土场土料的含水量变化情况，含水量偏高时应通过翻晒、风干等措施降低含水量，含水量偏低时应适当洒水湿润。碎土成品料堆存时，要有防雨遮阳等措施。受雨淋或造成板结的碎土成品土料应重新破碎至满足碎土质量要求才能用于生产改性土。
4. 水泥改性土对水泥的要求
4.1 本标段采用天瑞P.O42.5普通硅酸盐水泥，严禁采用过期水泥或不合格水泥。
4.2 水泥掺量。水泥改性土的水泥掺量根据天然土料膨胀特性，经室内试验最终确定。选择改性土水泥掺量时，不同自由膨胀率天然土料改性水泥掺量控制指标及试验参考掺量值见表1。
水泥掺量按下式计算：
Gs= S×Gc /（1+ω-0.25）
式中： Gs——掺入水泥重量；
S ——水泥掺量百分数，根据被改性土的膨胀性由表确定；
Gc——被改性土重量；
ω——被改性土在改性拌和时含水量。
4.3 确定改性土水泥掺量时，天然土料的自由膨
胀率应通过料场采样试验确定。在古驼土料场取样测定自由膨胀率最大值为27％。考虑土场综合因素经建管、设计、监理、施工四方确定水泥掺量为4％。
5. 改性土的拌制
5.1 在水泥改性土拌和前，应选用现场有代表性的被改性土做室内EDTA滴定试验，测绘水泥含量标准曲线，以便检测后续生产的水泥改性土水泥含量。
5.2 表2，是新乡卫辉土剂量标准曲线测定报告。
5.3 本标段采取分层开采的方式取土，采土深度每层15公分厚，在划好的方格（2.8m×2.2 m）中均匀铺设78公斤水泥，按生产性试验确定的路拌机械充分拌和，并取样进行均匀性检测。
5.4 水泥改性土的拌合，每层拌和批次不大于600m3，水泥改性土抽检不少于六个样品，每个样品重量不少于300 g。
5.5 水泥改性土成品料的质量通过样品水泥含量的平均值与水泥含量标准差评价评定。成品料水泥含量采用EDTA 滴定法测定，其水泥掺量平均值不得小于设计掺量（4％），标准差不大于0.7。不合格的改性土拌制品不得用于主体工程填筑施工。
6. 实施生产性试验
6.1 首先对4%掺量的水泥改性土做室内轻型击实试验，通过试验确定水泥改性土的最优含水率和最大干密度。填筑体干密度γR应满足下式要求：
γ?R≥β×γ?m
γ?m=max（γ?s，1.02γ?6）
式中：
β——设计根据工程需要确定的改性土压实度，本工程图纸要求为98%；
γ?s——标准击实试验最大干密度；
γ?6——最优含水量下20t凸块振动碾振动碾压6遍对应的干密度。具体指标由生产性碾压试验现场测得。
6.2 碾压试验。水泥改性土料施工填筑前，首先进行水泥改性土碾压试验，确定碾压技术参数。
6.3 依据《南水北调中线一期工程总干渠渠道水泥改性土施工技术规定（试行）》（NSBD-ZGJ-1-37）通知要求的压实标准，参考我国同类型工程施工技术，试验初步拟定的压实参数为铺土厚度、最优含水率及碾压遍数；不同碾压遍数，同一含水率、不同铺土厚度的试验组作为一个试验组合。见表3。
6.4 根据改性土现场碾压试验确定的最优改性。
土含水率，适当考虑改性土运输、辅料等施工环节的水量损失，最后确定的改性土含水率。
6.5 碾压机械为20T凸块振动碾，碾压机械沿渠道轴线方向进、退全振错距法碾压，前进、后退一个来回按两遍计，碾迹重叠不小于50cm。振动碾压8遍后进行沉降观测及取样检测压实度。
6.6 行车速度控制在2Km/h。碾压过程中由专人负责记录碾压遍数，控制机械行驶速度。碾压由边线向轴线方向平行顺次碾压，确保碾压均匀，无漏压，压实度不低于0.98。
6.7 由上述试验参数组合进行碾压试验得出最优含水量为16.7﹪；最大干密度1.75 g/cm3，保证压实度不低于设计指标0.98（施工碾压技术参数表见表4）。
7. 施工工艺流程
包括基础处理及检查验收→测量放线→土料开采运输→碎土→水泥土拌制→运输→摊铺→碾压→取样检测。
7.1 基础处理及检查验收：清除施工场地基础面上所有的浮土、杂物等。施工前先洒水湿润，对施工场地的基础面采用不小于20t的平碾压路机碾压6遍，保证基础面的压实效果。
7.2 测量放线：水泥改性土摊铺前进行测量放线，将回填边线、土体高程标出，以便自卸车进占卸料和摊铺均匀。
7.3 水泥改性土运输：经检测符合设计要求的水泥改性土采用20t自卸车快速运输到试验段填筑面，采用“进占法”卸料。
7.4 水泥改性土摊铺：水泥改性土采用装载机进行摊铺、整平，人工采用铁锹配合修补找平。摊铺时，采用装载机在坡面上推出台阶以保证新老土体结合，台阶高度与铺土层厚度相同。在铺料过程中，现场指挥人员依据插钎控制摊铺厚度。
7.5 水泥改性土碾压：碾压机械为20T凸块振动碾，碾压机械沿渠道轴线方向前进、后退全振错距法碾压，前进、后退一个来回按两遍计，碾迹重叠不小于50cm。振动碾压8遍后进行沉降观测及取样检测压实度，行车速度控制在2Km/h。碾压过程中由专人负责记录碾压遍数，控制机械行驶速度。碾压由边线向轴线方向平行顺次碾压，确保碾压均匀，无漏压，压实度不低于0.98。
7.6 试验取样：为了充分反映压实工作面压实度是否满足设计要求，每填筑量150m3时取一个样点，取样不足3个时，也应取样3个。取样点按照施工单元呈矩形均匀布置。
7.7 在完成振压遍数之后，现场应及时在碾压作业面上用白灰标识出碾压遍数分界线，以确保不会超振或漏振。测量人员在观测点位上进行高程测量与压实沉降量的计算，试验人员用环刀法取样。
7.8 试验人员按照《土工试验规程》SL237-1999规定的环刀法进行压实度检测。为确保环刀取样能真实反映压实度的实际情况，取样时清除碾压完好的表层土厚度的2/3，下环刀取样进行干密度试验，这样就能够知道所取土样的整体密实性和层间结合部的压实效果。同时在挖取的探坑中，检查土体有无松散、剪力破坏等现象，并做好检测记录。取样点位应严格按照布设的取样点位进行取样或遵从监理工程师现场随机抽查取样点。
8. 水泥改性土施工中应注意的问题
8.1 应注意当地的天气预报，避开高温炎热和零下寒冷结冰的天气以及大风、雨雪天气。
8.2 水泥改性土施工应遵循“四快一密”原则，即快速运输——快速摊铺——快速整平——快速检测和碾压密实的方法，保证每层土施工过程在水泥初凝前结束，一个循环周期不超过3～4个小时为宜。
8.3 对试验应注重过程控制。即在施工过程中严格控制各项指标满足施工要求，如：改性土拌和前后的含水量，水泥剂量、拌和均匀程度、碾压顺序及组合形式等都应在施工过程中及时修正并完成。
8.4 水泥改性土的碾压应区别于素土。即水泥改性土应在充分的准备工作下一次成型，及时检测压实度指标，不得对成型后的水泥改性土进行二次补压，造成水泥改性土结构的破坏。
8.5 在振动碾压过程中不得出现漏压漏振、欠压欠振或过压过振的现象。振动碾压完成后进行洒水养护，养护时间不低于7天，养护期间应控制水泥改性土湿度，保护好工作面不得在上行驶车辆。
8.6 项目部技术人员及监理人员应全过程旁站，做好施工及旁站记录。
9. 结语
水泥改性土，适用于膨胀土挖方渠道的渠坡及弱膨胀土的换填，改性土的抗剪强度应满足自身稳定与被保护体结合面上的抗滑稳定要求。当用于建筑物膨胀土地基保护时，其承载能力亦能满足相应建筑物的设计要求。采用水泥改性土，对提高大型渠道工程的质量，具有十分重要的作用。
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参考文献
［1］ 《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002.
［2］ 《碾压式土石坝施工规范》SL274-2001.
［3］ 《土工试验规程》SL237-1999.
［4］ 《南水北调中线一期工程总干渠渠道水泥改性土施工技术规定（试行）》NSBD-ZGJ-1-37.
［文章编号］1006-7619（2014）08-30-626
［作者简介］ 袁宾（1962-）男，籍贯：湖南邵阳洞口县人，职称：高级工程师，目前从事引黄灌区水利科研工作。