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4%水泥改性土碾压试验参数确定

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：姜鹤

[导读] 摘要：本文针对4%水泥掺量的改性土换填，通过碾压试验，选择满足设计要求的合理技术参数（铺土方式、铺土厚度、碾压遍数、行走速度等），确定适宜的土料含水率范围值及取土、卸料、平整、碾压等施工方法，以指导4%水泥改性土换填施工。

        中国水利水电第六工程局有限公司辽宁
        摘要：本文针对4%水泥掺量的改性土换填，通过碾压试验，选择满足设计要求的合理技术参数（铺土方式、铺土厚度、碾压遍数、行走速度等），确定适宜的土料含水率范围值及取土、卸料、平整、碾压等施工方法，以指导4%水泥改性土换填施工。
        关键词：4%水泥改性土；填筑碾压；参数确定
        1 工程概况
        南水北调中线工程总干渠宝丰郏县段第七施工标段，桩号为SH（3）56+000～SH（3）61+957.6，标段长度5.9576km。按设计要求，渠道需4%水泥改性土换填，桩号为SH（3）58+768～SH（3）60+868，换填长度2.1km，其主要工程量见表1。
        渠道换填主要工程量汇总表                   表1

        2 试验目的
        通过水泥土、改性土的碾压试验，选择合适的仪器设备，确定满足设计要求的，合理的技术参数（如铺土方式、铺料厚度、加水量、压实方法、碾压遍数、行走速度、水泥土及水泥改性土级配等），确定土料的最佳含水量及最大干密度，为后续水泥改性土的换填施工提供质量控制依据和标准，确保工程质量满足设计要求。
        3 试验前准备
        3.1 试验场地布置
        根据施工现场实际情况，本次试验将水泥土搅拌站附近划分出尺寸为15m×10m范围的碾压试验区。试验前对试验区内场地进行土方填筑前清表工作，在压平的基础面上进行放线，测量人员测量高程，作为控制铺土厚度和观测压实沉降量的依据。
        3.2碾压试验主要机械设备
        本次碾压试验选用的机械为WCZ600型稳定土拌和站、XTP-600A型土壤破碎机、XG6231M自行式20t凸块振动压路机、15t自卸汽车、1.2m3液压反铲、SD16推土机各一台。
        3.3试验用料的击实试验
        根据项目施工技术及标准规范要求，填筑土料的压实度不小于98%。换填所用水泥掺量为4%，因此试验选用强度为42.5等级的普通硅酸盐水泥，掺土料选用中、重粉质壤土，其中有机质含量不大于5%，本次试验取安良土料场25#点范围内的土料。
        土料场的击实试验委托当地试验检测中心现场取样进行水泥土的击实试验，确定了4%水泥土的最大干密度为1.79 g/cm3，最优含水率为14.6%。
        3.4土料制备
        采用1.2m3液压反铲，取安良土料场11#点范围内的土料，晾晒后经自卸汽车运输至稳定土拌和站进行水泥土拌和，再由自卸汽车运输至碾压场经推土机进行摊铺。
        3.5土料含水率控制
        由于土料破碎机自带有筛网过滤，破碎土料时要过筛，如果土料含水偏大，会造成筛网被堵塞，将无法进行土料破碎，所以土料破碎前需严格控制土料的含水率且数值不宜过大。本次试验土料采用现场酒精燃烧法，测得含水率在（12.2～13.4）%
        3.6 水泥土拌合配合比
        WCZ600型稳定土拌和站是根据配比，按每小时总拌合产量，由系统自动控制各部皮带、螺旋机转速从而完成水泥土的拌合。
        为保证水泥含量，确定最佳配合比，本次试验分别采取（土料1：土料2：水泥：水=47：47：6：2、44：44：12：3、46：46：8：3）三组不同配比进行试拌，通过变换比例调节试验参数进行试配的结果，最终确定本次试验拌合站水泥土配合比为—土料1：土料2：水泥：水 = 46：46：8：3。
        3.7水泥改性土碾压试验
        水泥土摊铺厚度从基底自下向上厚度为28cm，碾压6遍、8遍、10遍、12遍（先静碾2遍后，再用动碾）进行试验。
        将拌合后的水泥土取样做EDTA滴定，检测其均匀性及水泥土含水率，经检测满足要求后，方可进入碾压场进行摊铺。
        3.8土料摊铺与铺土厚度的控制
        土料摊铺之前，测量人员先对基面进行断面高程测量，并记录，土料初步摊铺完成后，用水准仪测量实际铺土厚度，若高出试验厚度，采用人工配合推土机进行摊铺厚度的调整工作，直至满足厚度要求；若实际铺土厚度不够，采用反铲和人工进行铺土厚度的调整，直至满足铺土厚度要求。
        3.9 改性土最优含水率碾压试验
        为保证碾压数据的准确性，4%水泥改性土在最优含水率的情况下进行6遍碾压与室内试验确定的最大干密度进行比对校核，其最大值即为最大干密度。
        水泥改性土含水率采用酒精燃烧法测得，试验组数为6组，检测值在14.3 %～15.2%之间；水泥改性土EDTA滴定试验检测数量6组，检测值范围在16.3 mL～17.1 mL，水泥含量在4.3%～4.6%之间，由试验数据得出最优含水率，水泥改性土的水泥含量平均值为4.4%，大于标准要求4%，水泥含量标准差为0.6，小于标准要求0.7，水泥改性土均匀性满足要求。
        取同一批水泥改性土土样分别进行2、4、6、12小时的水泥含量检测，随时间增长，水泥含量检测值变化范围在2.9%～4.8%之间，2小时测得水泥含量值最高，4小时略有降低，6小时、12小时变化较快，水泥含量降低较明显。
        3.10 土料EDTA检测
        采用酒精燃烧法，第一层水泥改性土含水率为15.5%～17.2%，EDTA滴定检测数量8组，试验结果即EDTA标准溶液消耗体积为16.0 mL～16.7 mL之间，水泥含量在4.2%～4.5%；第二层水泥改性土含水率为15.5%～17.3%，EDTA滴定检测组数为8组，EDTA标准溶液消耗体积为16.2 mL～16.6 mL，水泥含量为4.3%～4.4%。由各组试验检测数据得出，第一层水泥改性土的水泥含量平均值为4.4%，大于标准值4%，水泥含量标准差为0.5，小于标准值0.7，第一层水泥改性土均匀性满足要求。第二层水泥改性土的水泥含量平均值为4.4%，大于标准值4%，水泥含量标准差为0.4，小于标准值0.7，第二层水泥改性土均匀性满足要求。
        3.11碾压试验检测
        水泥改性土按松铺28cm厚度进行摊铺，经水准仪测量验收满足要求（28cm±2cm）后开始碾压工作，按照2.0km/h的行驶速度，碾压6遍（静压2遍动压4遍）后取环刀试样，检测其含水率、干密度、压实度，再按相同步骤进行8遍、10遍、12遍的碾压试验。
        碾压6、8、10、12遍试验时分别取12组试样进行含水率、干密度及压实度检测，在完成不同的碾压遍数之后，测量人员在观测点位上进行高程与压实沉降量的测量，并用环刀法进行压实密度检测；
        第二层在第一层碾压取样结束后，在第一层的基面上再铺28cm水泥改性土后依次碾压8、10、12遍，取样时每遍取环刀样12个，其中6个取到层间结合处。
        按最优含水率的水泥土碾压6遍试验结束后，测量其沉降量并取样12组，进行含水率、干密度及压实度检测。
        4 碾压试验结果及建议施工参数
        4.1最大干密度校核
        室内击实试验最大干密度为1.79g/cm3，碾压6遍干密度平均值为1.77g/cm3，由于1.77g/cm3×1.03=1.82g/cm3＞1.79 g/cm3，所以本次试验校核后最大干密度选取1.82g/cm3。
        4.2碾压试验结果汇总
        4%水泥土碾压试验成果汇总表                  表1

28cm铺土碾压沉降情况统计表表2

        4.3试验数据整理
        4.3.1试验区数据整理
        试验区水泥改性土控制在最优含水率14.6%～17.6%之间，按28cm铺土厚度进行摊铺；第一层碾压8、10、12遍，每遍均取土样进行检测，环刀取土样共计36组；第二层碾压8、10、12遍，每遍均取土样进行检测，环刀取土样共计36组；最优含水率水泥土碾压6遍，取环刀试样12组。
        第一层碾压8遍共取环刀12组，有5组压实度小于0.98，合格率为58.3%；碾压10遍共取环刀12组，压实度均大于0.98，合格率为100%；碾压12遍共取环刀12组，压实度均大于0.98，合格率为100%。
        第二层碾压8遍共取环刀12组，有5组压实度小于0.98，合格率为58.3%；碾压10遍共取环刀12组，有3组压实度小于0.98，合格率为75%；碾压12遍共取环刀12组，压实度均大于0.98，合格率为100%。
        4.3.2试验区各层碾压铺土厚度数据整理
        第一层松铺28cm厚土料在碾压8遍后，铺土厚度在15.9cm～17.2cm之间，平均下降11.6cm；碾压10遍后，铺土厚度在15.0cm～16.6cm之间，平均下降0.8cm；碾压12遍后，铺土厚度在14.9cm～16.4cm之间，平均下降0.1cm；
        第二层松铺28cm厚土料在碾压8遍后，铺土厚度在15.0cm～16.1cm之间，平均下降12.4cm；碾压10遍后，铺土厚度在14.2cm～14.8cm之间，平均下降1.1cm；碾压12遍后，铺土厚度在14.1cm～14.6cm之间，平均下降0.2cm。
        最优含水率水泥改性土松铺28cm厚，在碾压6遍后，铺土厚度在20.1cm～21.2cm之间，平均下降7.3cm。
        4.4干密度及沉降度与碾压遍数关系曲线
        4.4.1干密度与碾压遍数关系分析
        通过对试验结果分析可知，第一层铺土厚度在28cm碾压6遍和8遍时，干密度值与碾压遍数关系曲线波动较大且均不小于1.74g/cm3；碾压10和12遍，关系曲线较为平缓，干密度数值均不小于1.78g/cm3。
        第二层铺土厚度在28cm碾压8遍和10遍时，干密度值与碾压遍数关系曲线波动较大，碾压8遍其干密度均不小于1.74g/cm3，碾压10遍，干密度均不小于1.76g/cm3；当碾压试验次数为12遍时，干密度值与碾压遍数关系曲线趋于平缓且干密度均不小于1.78g/cm3；
        4.4.2沉降度与碾压遍数关系曲线

        4.5建议施工参数
        4.5.1碾压设备
        根据上述试验分析，建议选定碾压机械设备为XG6231M自行式20t凸块振动压路机，土料采用SD16推土机摊铺，1.2m3反铲挖装和15t自卸汽车运输。
        4.5.2碾压参数确定
        试验数据汇总表                 表18

        5结论与建议
        根据上述试验结果分析，当试验区铺土厚度为28cm时，第一层及第二层碾压遍数为12能够符合设计和标准规范要求，即先静碾2遍，再进行动压10遍（自行式凸块碾一来一回即为一遍，保证碾压均匀，无漏压少压现象），行走速度为2.0km/h，相邻碾压轨迹搭接不低于50cm且不允许漏压。
        施工中水泥改性土最优含水率控制在14.6%～17.6%之间，气温较高时，土料含水率控制在较大值，气温较低时，土料含水率控制较小值。碾压过程及完成后，应检查是否存在“弹簧土”、受剪切破坏等质量问题，如若发现及时处理。试验完成及时对数据进行整理分析，根据含水率、压实遍数与干密度值关系曲线，检测填筑土方得渗透系数、抗剪强度等技术指标，并结合现场实际情况，制定施工质量控制措施，保证施工顺利进行。
        参考文献：
        [1]《膨胀岩渠坡处理改性土碾压填筑试验技术要求》；
        [2]《碾压式土石坝技术规范》（DL/T5129-2001）；
        [3]《堤防工程施工规范》（SL260-98）；
        [4]合同文件《南水北调中线一期工程总干渠宝丰郏县段第七标段技术条款》；
        [5]《土工试验规程》（SL237-1999）；
        [6]《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工工法（NSBD-ZXJ-4-04）》；
        [7]《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀岩处理施工技术要求（NSBD-ZXJ-2-02）》；
        [8]《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》。