城市綜合管廊水泥土回填施工試驗(yàn)研究

宋健SONG Jian

（中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，石家莊 050081）

0 引言

水泥土是將土、硅酸鹽水泥和水（必要時(shí)可加入火山灰等外加劑）按一定比例拌和、搗實(shí)、養(yǎng)護(hù)而成的一種具有一定工程特性的材料。如果水泥土混合物中土、水泥和水的成分比例或者施工工藝發(fā)生變化，則將構(gòu)成不同形式的水泥土，因而其用途和用場將各不相同。非壓實(shí)回填土是水泥土的一種新型利用形式，區(qū)別在于非壓實(shí)回填土采用粉質(zhì)或粘質(zhì)細(xì)粒土，且提高了用水量，使其具有較好的工作性，無需壓實(shí)即可成型密實(shí)。結(jié)合以往研究成果可以對水泥土進(jìn)行分類，如表1 所示。

表1 水泥土分類

我國80 年代，水利部門對水泥土的研究使用較為普遍。例如在軟土地基加固中，采用深層攪拌技術(shù)固化軟土加固地基，使地基更具有整體性、水穩(wěn)性，同時(shí)提高其承載能力。90 年代以來，我國研究學(xué)者進(jìn)一步深入開展了水泥土性能及應(yīng)用研究工作。儲誠富等提出用似水灰比對水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測。童小東等認(rèn)為水泥土的變形和損傷過程大致可分為四個(gè)階段：裂紋及孔洞的閉合階段、水泥土的線彈性響應(yīng)階段、微缺陷的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展階段、裂紋貫通及非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展階段。并得到了一系列損傷關(guān)系曲線，為建立水泥土的彈塑性損傷模型奠定了基礎(chǔ)。王文軍等將性能優(yōu)異的納米硅粉作為外摻劑應(yīng)用于水泥土改性。寧寶寬等探討了不同土質(zhì)、不同水泥摻量、不同養(yǎng)護(hù)齡期的水泥土的抗凍融循環(huán)特性，認(rèn)為水泥土的抗凍性存在一個(gè)最優(yōu)水泥摻量，建議應(yīng)用于低溫環(huán)境中的水泥土材料，應(yīng)對其抗凍性進(jìn)行評價(jià)，從而保證水泥土材料的耐久性。本文重點(diǎn)探索水泥土在城市綜合管廊墻背回填中的應(yīng)用，通過工藝試驗(yàn)，總結(jié)城市綜合管廊水泥土回填施工工藝。

1 工程概況

試驗(yàn)段位于江北新區(qū)綜合管廊項(xiàng)目B+310 段，管廊軸線方向30m 范圍。填筑位置為管廊結(jié)構(gòu)體兩側(cè)剩余基坑及部分管廊頂部區(qū)域。合計(jì)填筑方量為410m3。主要材料水泥為42.5 級海螺牌普通硅酸鹽水泥，拌合用土取自附近堆積的基坑開挖棄土（粉質(zhì)粘土）。由于試驗(yàn)階段天氣變化很大，間斷下雨導(dǎo)致土的含水量變化很大。另外，拌合用土含有大量石塊，最大直徑達(dá)到60cm 以上，給拌合試驗(yàn)帶來了很大的困難。人工分揀很難將石塊全部剔除，導(dǎo)致拌合桶攪拌葉片兩次損壞。后來改變了攪拌葉片分布距離，拌合系統(tǒng)基本能夠滿足含有直徑在20cm 以內(nèi)石塊土的拌合。攪拌葉片分布距離的改變不會影響拌合水泥土的均勻性。考慮到填筑體對水泥土的強(qiáng)度要求不是很高，按水泥摻入量10%，土的濕容重估算1.6t/m3計(jì)算配合比。

2 水泥土回填工藝試驗(yàn)

2.1 水泥漿制備

選擇全自動(dòng)水泥漿拌合機(jī)進(jìn)行水泥漿制配，根據(jù)水泥摻入量及土的濕容重估算，選擇塌落度22cm，現(xiàn)場調(diào)配水泥漿水灰比為1.4，測試水泥漿比重為1.53。水泥漿攪拌裝置如圖1 所示。

圖1 水泥漿攪拌裝置

2.2 加土

先人工分揀出土里直徑大于20cm 石塊，用挖機(jī)將土加入土斗，土斗底部設(shè)有回轉(zhuǎn)調(diào)速裝置，調(diào)整回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速土斗內(nèi)的土進(jìn)入拌合桶的的流量也隨之改變，根據(jù)水泥摻入量以及水泥漿泵入拌合桶內(nèi)的流量選擇合適的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。

2.3 水泥漿注入

選擇流量較為穩(wěn)定的柱塞式泥漿泵泵入水泥漿。泥漿泵的流量可以變頻調(diào)速。

3 試驗(yàn)分析

3.1 試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（表2）

表2 組式樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

3.2 輕便觸探試驗(yàn)

分別在水泥土灌注后24 小時(shí)，48 小時(shí)進(jìn)行輕便觸探試驗(yàn)，如表3、表4 所示。軌便觸探試驗(yàn)布點(diǎn)如圖2 所示。

表3 水泥土灌注后24 小時(shí)觸探試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

表4 水泥土灌注后48 小時(shí)觸探試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

圖2 輕便觸探試驗(yàn)布點(diǎn)

3.3 取芯檢測

第三方檢測進(jìn)場進(jìn)行了取芯檢驗(yàn)，水泥土齡期為11天，從取出的芯樣分析，攪拌固結(jié)很均勻，沒有空洞和裂隙現(xiàn)象。

3.4 干縮實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過程我們用環(huán)刀取樣進(jìn)行了水泥土干縮性實(shí)驗(yàn)，六組式樣分析，分水下養(yǎng)護(hù)和地面自然養(yǎng)護(hù)，十五天后水平方向均無裂紋，測量縱向變形計(jì)徑向變形計(jì)算收縮率，水下養(yǎng)護(hù)和地面自然養(yǎng)護(hù)收縮量區(qū)別不是很大。水下養(yǎng)護(hù)徑向收縮0.3mm，垂直高度收縮0.1mm。自然養(yǎng)護(hù)徑向收縮0.4mm，垂直高度收縮0.1mm。

3.5 取芯檢測

第三方檢測在試驗(yàn)前后進(jìn)行了水平位移監(jiān)測，鋼板樁拔除后對基坑邊的觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測結(jié)果顯示最大水平位移為-28.12mm，向基坑外側(cè)位移。（表5）

表5 測斜數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，負(fù)值向坑外位移

3.6 鋼板樁拔除地面位移外觀觀察

水泥土灌注后28 小時(shí)進(jìn)行部分鋼板樁拔除作業(yè)，觀察附近原地面變形情況，沒有發(fā)現(xiàn)地面開裂和沉降現(xiàn)象。

3.7 水泥土拌合回填效率分析

設(shè)計(jì)拌合桶拌合效率為60m3/小時(shí)，實(shí)際實(shí)驗(yàn)施工過程沒有達(dá)到預(yù)期效率，主要是因?yàn)椋孩倥渲媚酀{泵流量小，供漿量不能滿足最大拌合負(fù)荷，②土里含有大量石塊，需要邊施工邊分揀，加土速度很慢，③水泥漿制配速度慢，加水泥粉泵流量過小。在解決好供水泥漿問題后，攪拌效率會大大提高，甚至超過設(shè)計(jì)拌合效率。

4 結(jié)論和建議

①水泥土作為填筑材料進(jìn)行基坑回填是一個(gè)全新的施工工藝，施工用土總會含有各種石塊以及其他雜物，要能做到高效施工必須設(shè)置雜物及石塊分揀環(huán)節(jié)，本實(shí)驗(yàn)段工程量較小，發(fā)現(xiàn)土中含有大量石塊只能人工分揀。②水泥漿輸送泵流量不足，在后期的推廣過程必須選擇適合本系統(tǒng)需要流量的泥漿泵，甚至需要開發(fā)專業(yè)泥漿泵。③沒有專業(yè)水泥土輸送泵，本實(shí)驗(yàn)段水泥土在回填段內(nèi)的轉(zhuǎn)移基本靠水泥土的自然流動(dòng)和挖機(jī)配合轉(zhuǎn)運(yùn)，效率很低，嚴(yán)重制約著后期大量推廣，市場常規(guī)的混凝土輸送泵不能代替水泥土輸送，為了快速推廣水泥土回填技術(shù)，必須開發(fā)專業(yè)水泥土輸送泵。④水泥土填筑技術(shù)的發(fā)展必須研制配套的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸車輛。⑤加土計(jì)量準(zhǔn)確性不是很好，需要提高加土計(jì)量的準(zhǔn)確性，本實(shí)驗(yàn)的加土計(jì)量方式是通過土斗下方的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制加土的流量，理論是正確的，土中石塊的干擾影響了計(jì)量的準(zhǔn)確性?？梢酝ㄟ^改變回轉(zhuǎn)器上的回轉(zhuǎn)切割刀片的相互間隙來實(shí)現(xiàn)。