場拌改性土碾壓試驗探討

□毛 娟（河南水利建筑工程有限公司）

1 工程概況

本標(biāo)段渠道主體工程以全填段、半挖半填段、全挖段3種形式為主。樁號37+319～39+800渠段，渠線從趙集鎮(zhèn)冀寨村北過湍河渡槽出口起，向東止于黑白洼村南，全長2.48 km，地面高程134～137.50m，渠底板高程137.69～137.59m左右，渠道填高10～13m，為以粘性土地基為主的填方段，采用素土外包改性土的填筑方法。樁號39+800～40+900渠段，屬中膨脹土渠段，長1.10 km，地面高程137～146m，挖深0～7m，填高2.50～10m，屬半填半挖渠段，地面以下全部采用改性土進(jìn)行換填，地面以上同全填段采用外包改性土的施工方法。樁號40+900～44+700渠段，屬中膨脹土段，挖深8～19m。其中樁號41+620～44+700渠段，挖深>15m，全挖段整個坡面采用改性土進(jìn)行換填。

2 試驗程序及工藝

2.1 土料開挖、運(yùn)輸和儲存

土料開采自冀寨新村土料場3#區(qū)域位置，采用1方挖掘機(jī)進(jìn)行立面開挖，采用自卸汽車運(yùn)輸土料至2#改性土拌和站進(jìn)行堆放備料，并對該土料取樣進(jìn)行含水率跟蹤檢測，同時代表性取樣進(jìn)行擊實試驗確定最大干密度為1.66 g/cm3，最優(yōu)含水率為19.70%。

2.2 土料破碎工藝

通過含水率跟蹤檢測，不同的含水率進(jìn)行破碎工藝試驗，由試驗室進(jìn)行室內(nèi)篩分試驗，確定含水率在24%以內(nèi)進(jìn)行破碎，土塊粒徑含量可以達(dá)到設(shè)計要求5~10 cm不超過5%，5~5 cm不超過50%的效果。土料破碎后取樣4000 g進(jìn)行粒徑篩分結(jié)果見如表1所示：

表1 粒徑篩分結(jié)果表

通過試驗，10mm以上粒徑占總質(zhì)量的0.00%，50～100mm粒徑占總質(zhì)量的0.00%，5～50mm粒徑占總質(zhì)量的45.90%，5mm以下粒徑占總質(zhì)量的54.10%。

2.3 土料、水泥拌和工藝

在確定破碎效果達(dá)到設(shè)計要求后，進(jìn)行水泥改性土拌和工藝試驗，對改性土拌和站的操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，對拌和后的土料進(jìn)行EDTA滴定試驗來調(diào)整水泥摻量，對出機(jī)口土料進(jìn)行含水率檢測來調(diào)整拌和過程中的用水量。通過試驗證明，出機(jī)口含水率應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸距離和鋪土?xí)r間來確定，一般控制在最優(yōu)含水率+1%～+3%范圍內(nèi)。該批試驗生產(chǎn)料經(jīng)試驗，水泥含量平均值不小于設(shè)計值4%，標(biāo)準(zhǔn)差不大于設(shè)計要求0.70，滿足要求。

2.4 基面處理

基面表層樹木、草皮、垃圾、棄土、淤泥、腐殖質(zhì)土、廢渣、泥炭土等不合格土全部清除。對貼坡部位進(jìn)行專門處理，采用推土機(jī)把坡腳部位開成小臺階狀，高度為鋪土碾壓厚度35 cm，以保證換填土與坡面結(jié)合密實，基面清理完成后進(jìn)行碾壓，測量人員對基面進(jìn)行測量，試驗人員采用環(huán)刀法進(jìn)行基面取樣，經(jīng)監(jiān)理驗收通過后，開始碾壓試驗。

2.5 土方攤鋪

采用自卸汽車在改性土拌和站出機(jī)口接料，把拌和完成并經(jīng)室內(nèi)試驗水泥摻量和含水率符合要求的土料運(yùn)送至試驗場地外卸料，采用挖掘機(jī)上料鋪土，裝載機(jī)配合推土機(jī)整平，鋪土邊線超出碾壓邊線（底邊線）30 cm以上，外坡按照1:1.50放坡，把土料均勻攤鋪在試驗場地中，松鋪厚度分別為30 cm、35 cm、40cm；攤鋪完成后采用定樁掛線法檢測鋪土厚度，人工將不合格部位整平，控制在設(shè)定厚度的+0～-5 cm，然后測量員對平整度和高程進(jìn)行測量檢查，每區(qū)均勻分布12個點(diǎn)。

2.6 土料保護(hù)

在改性土已完成攤鋪但是還未碾壓時，應(yīng)采取措施進(jìn)行覆蓋保護(hù)，做好防雨和保濕等措施，防止土料因為機(jī)械調(diào)配導(dǎo)致的長時間等待而含水量損失，采用防雨布對已拌制土料進(jìn)行覆蓋，振動碾壓一部分掀開一部分，有效地保障土料的含水量。

2.7 壓路機(jī)碾壓

土料整平經(jīng)監(jiān)理認(rèn)可后采用22 t自行式凸塊碾進(jìn)行碾壓，確定壓實參數(shù)控制碾壓遍數(shù)和速度，碾壓過程中由專人負(fù)責(zé)記錄碾壓遍數(shù)和行駛速度，振動碾應(yīng)平行渠道軸線方向行進(jìn)，經(jīng)專人秒表測速，壓路機(jī)行走速度為1.80 km/h，不超過2 km/h，相鄰碾壓軌跡搭接不低于50 cm；先靜壓2遍后，再分別進(jìn)行動壓4遍、6遍、8遍（自行式振動碾一來一回各為一遍）等不同參數(shù)，確保碾壓均勻，無漏壓、少壓現(xiàn)象。

2.8 取樣檢驗

每區(qū)靜二動四、靜二動六、靜二動八每套參數(shù)完成后分別進(jìn)行環(huán)刀取樣，取樣均勻分布，每區(qū)12個測點(diǎn)，取樣取壓實層的下部1/3,送工地試驗室進(jìn)行室內(nèi)含水率、干密度等項目檢測；分別對壓實后高程進(jìn)行測量，以計算壓實系數(shù)；同時挖探坑檢查結(jié)合層結(jié)合是否良好，改性土與坡面結(jié)合部位是否良好，壓實層有沒有剪切破壞等現(xiàn)象。對碾壓成型的土料取樣立方體送黃委會檢測中心進(jìn)行室內(nèi)試驗，測試改性土的壓縮系數(shù)、壓縮模量、滲透特性、抗剪強(qiáng)度等指標(biāo)。

3 試驗分析

3.1 試驗數(shù)據(jù)分析

3.1.1 碾壓試驗結(jié)果

水泥改性土碾壓試驗，過程由現(xiàn)場監(jiān)理全程旁站，試驗結(jié)果由工地實驗室進(jìn)行試驗，試驗區(qū)高程由測量人員控制，質(zhì)檢員全程檢查土料、鋪土厚度等項目。靜壓2遍，動壓8遍。一區(qū)30 cm厚，含水率21.60%，濕密度2.00 g/cm3，干密度1.65 g/cm3，壓實度99.30%；二區(qū)35 cm厚，含水率21.30%，濕密度1.99 g/cm3，干密度1.64 g/cm3，壓實度99.00%；三區(qū)40 cm厚，含水率21.40%，濕密度1.98 g/cm3，干密度1.63 g/cm3，壓實度98.20%。

3.1.2 碾壓遍數(shù)與沉降量、干密度曲線

根據(jù)碾壓試驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行試驗結(jié)果分析，通過分析得出碾壓遍數(shù)與沉降量、干密度及壓實度關(guān)系曲線。如圖1所示：

3.1.3 松鋪系數(shù)根據(jù)實驗結(jié)果計算分析。得出不同鋪土厚度松鋪系數(shù)，松鋪系數(shù)如表2所示。

3.2 試驗論述

圖1 碾壓遍數(shù)與沉降量、干密度及壓實度關(guān)系曲線圖

表2 松鋪系數(shù)表

根據(jù)以往施工經(jīng)驗及渠堤填筑碾壓技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)段采用22 t自行式凸塊振動碾，以滿足高含水量細(xì)料土的碾壓需要，同時滿足層間結(jié)合要求。

在含水量控制上，通過中國水利水電第五工程局試驗中心試驗室6標(biāo)工地試驗室對土料進(jìn)行試驗得出最優(yōu)含水率為19.70%。含水率控制在設(shè)定的含水率范圍內(nèi)（最優(yōu)含水率-2%～+3%）進(jìn)行碾壓。碾壓前，作業(yè)面攤鋪平整，含水量在設(shè)定含水量范圍內(nèi)，松鋪厚度基本一致。第1、2遍為靜壓，行駛速度為Ⅱ擋，相鄰碾壓軌跡搭接不低于50 cm；第3～8遍為振動碾壓，重振Ⅰ擋350 kN激振力，行駛速度為Ⅰ擋，相鄰碾壓軌跡搭接不低于50 cm。根據(jù)各層碾壓前后標(biāo)高測量結(jié)果，平均松鋪系數(shù)取1.33。干密度檢測采用環(huán)刀法，即在壓實層下部1/3處取樣，壓實度結(jié)果≥0.98。

3.3 施工時應(yīng)注意事項

第一，土料破碎效果必須達(dá)到設(shè)計要求，否則水泥拌和不均勻。第二，拌和過程中應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)補(bǔ)水，否則容易導(dǎo)致含水量偏低而壓實不到位。第三，鋪土厚度必須控制在設(shè)定厚度的+0～-5范圍內(nèi)，不得超厚。第四，對不能及時碾壓的土料應(yīng)采用防雨布覆蓋，防止含水量損失。

3.4 試驗結(jié)論

根據(jù)改性土拌和試驗數(shù)據(jù)分析，該破碎機(jī)和拌和機(jī)可以生產(chǎn)滿足工程需要的改性土料；根據(jù)碾壓試驗數(shù)據(jù)的分析，當(dāng)通過拌和機(jī)出場的土料含水率在19.70%～22.70%時：虛鋪30 cm（厚）采用22 t自行式凸塊振動碾碾壓靜2動6、靜2動8都能達(dá)到壓實度≥0.98的設(shè)計要求。虛鋪35 cm（厚）采用22 t自行式凸塊振動碾碾壓靜2動6、靜2動8都能達(dá)到壓實度≥0.98的設(shè)計要求。虛鋪40 cm（厚）各種組合參數(shù)都不能達(dá)到壓實度≥0.98的設(shè)計要求。本著降低成本、經(jīng)濟(jì)高效、方便施工的原則，推薦松鋪厚度30～35 cm，碾壓8遍（靜2動6，自行式凸塊振動碾行走一來一回各為一遍）的施工參數(shù)。

4 結(jié)語

根據(jù)南水北調(diào)工程施工質(zhì)量要求，渠道改性土填筑施工前，通過碾壓試驗，針對本標(biāo)段土料特性、施工工序、破碎工藝、拌和工藝、碾壓設(shè)備、碾壓遍數(shù)、碾壓速度、鋪土厚度、土料的含水量，得出最佳組合方式，作為渠道填筑改性土施工控制的依據(jù)。

[1]張鋒.307國道改性土施工與試驗檢測[J].北方交通，2008（7）.

[2]周有平.水泥土及水泥改性土填筑碾壓試驗研究[J].科技致富向?qū)В?013（6）.

[3]包棚.水泥改性土換填碾壓試驗研究[J].城市建設(shè)理論研究2012（25）.