分散性土改性處理實施方案研究

陳偉，滕昊，付樹

（中國水利水電第一工程局有限公司，吉林 長春 130033）

1 工程概況

某工程位于吉林省西部，土壩填筑長度為8.035 km，最高填筑高度為17 m。填筑土料均來自該工程Al 和A2 粘土料場，料場均為分散性粘土?，F(xiàn)行水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL 274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》4.1.8 條規(guī)定：“經(jīng)處理改性的分散性粘土僅可用于填筑3 級低壩的防滲體，其所選用的反濾料應(yīng)經(jīng)過試驗驗證。防滲體與壩基、岸坡接觸處等易產(chǎn)生集中滲流的部位，以及易受雨水沖刷的壩表面不得采用分散性粘土填筑[1]?！辈捎肁l 和A2 料場的分散性粘土填筑2 級均質(zhì)土壩屬于突破行業(yè)規(guī)范規(guī)定的創(chuàng)新設(shè)計。

工程采用“石灰+粉煤灰”改性處理方案[2，3]，目前已對現(xiàn)場9萬m3土料進行了改性處理，現(xiàn)將現(xiàn)場實施的方式方法及現(xiàn)場實施的數(shù)據(jù)進行分析整理，結(jié)合現(xiàn)場拌合、碾壓工藝，進一步復(fù)核土料在現(xiàn)場工藝條件下的分散性，為分散性土治理和其他類似工程的應(yīng)用提供實施方案指導(dǎo)和數(shù)據(jù)論證。

2 主要原材料特征及施工配合比

根據(jù)黑龍江省水利科學(xué)院出具的室內(nèi)試驗報告，按改性配比（生石灰∶粉煤灰=1∶2）和摻量（總摻量6%）改性處理[4]。施工所用土料主要為A1 和A2 料場分散性土，包括強分散性土、分散性土和過渡土。A1 料場采用針孔試驗89 組，其中，高分散性土39 組，占比44%；分散性土38 組，占比43%；過渡型土12 組，占比13%。A2 料場采用針孔試驗108 組，其中，高分散性土21 組，占比19%；分散性土72 組，占比67%；過渡型土10 組，占比9%；非分散性土5 組，占比5%。從整體看，所有土料基本具備分散性，且以高分散性土和分散性土為主[5]。

施工用生石灰主要參數(shù)為CaO≥70%，MgO≤5%。施工用粉煤灰主要參數(shù)見表1。

表1 粉煤灰主要技術(shù)參數(shù)

3 主要施工方法

3.1 土料開挖、運輸

土料的開采根據(jù)料場劃分，采用立挖法開挖。料場土料采用挖掘機挖裝、自卸汽車運輸，將土料轉(zhuǎn)運至集料場堆放。

3.2 改性土拌制

采用推土機進行攤鋪，攤鋪厚度為30 cm，對于大于10 cm 的土塊采用路拌機碎土，碎好的土料粒徑含量要滿足有關(guān)技術(shù)要求。

改性土拌制采用路拌法，選擇性能良好的設(shè)備，拌合遍數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，并采用滴定試驗法進行檢測，確保工作區(qū)域內(nèi)無漏拌，無夾層，拌合均勻，深度一致。

石灰和粉煤灰根據(jù)土料重量及改性土配合比進行摻量計算。根據(jù)配合比采用撒鋪機由存料區(qū)將石灰、粉煤灰運至拌合區(qū)并均勻鋪灑至已攤鋪的土料表面，應(yīng)根據(jù)石灰和粉煤灰用量計算攤鋪厚度，確保摻入量滿足配合比要求。攤鋪過程中比例要控制均勻，完成后采用路拌機進行不間斷攪拌，為防止漏拌采用錯距搭接方式攪拌。

拌合完成后的改性分散性土的檢驗批次按要求執(zhí)行，且拌合后的改性土需符合：滲透系數(shù)不大于1×10-4cm/s，水溶鹽含量（指易溶鹽和中溶鹽，按質(zhì)量計）不大于3%，有機質(zhì)含量（按質(zhì)量計）不大于5%；含水量在最優(yōu)含水量的-2%～+3%范圍之內(nèi)；壓實后經(jīng)鑒定應(yīng)為非分散性土。經(jīng)檢測合格的改性土料方可用于施工。

3.3 集料與運輸

在拌和場區(qū)邊緣設(shè)置存料區(qū)，用于拌和完成的改性土集中存放。路拌機拌制均勻的改性土用推土機推送至集料區(qū)。為防止集料過程中推土機推鏟深度大于30 cm 造成過量摻加開挖原土，單次集料厚度不得大于25 cm，預(yù)留5 cm 厚的改性土為下一循環(huán)拌和的基礎(chǔ)。改性土集料完成后用挖掘機裝自卸車運送至施工作業(yè)面。

3.4 攤鋪與碾壓

土原料采用自卸車運輸至現(xiàn)場，挖掘機攤鋪；改性土碾壓分為斜坡碾壓和水平碾壓。

1）斜坡施工。斜坡改性土采用10 t 斜坡振動平碾作為壓實設(shè)備，采用75 t 履帶吊車對振動碾進行牽引，履帶吊車安裝卷揚機，通過卷揚機的拉升進行斜面碾壓。碾壓采用靜碾和振動的方式施工，采用進退錯距（錯距20 cm）法靜碾2 遍、振碾6遍。碾壓結(jié)束后，采用環(huán)刀法取樣檢測壓實度，檢測合格后再進行下一層的改性土填筑。

2）水平施工。水平改性土采用自卸汽車進占法卸料，松鋪厚度為40 cm，采用推土機整平、振動碾進行碾壓，振動碾沿壩軸線方向采用進退錯距法碾壓作業(yè)，進出場一個循環(huán)按振動碾壓2 遍計，靜碾2 遍、振碾4 遍，碾跡重疊控制在30 cm，行車速度不大于2.0 km/h。

4 主要試驗方法

按照SL 251—2015《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》和ASTM D4647/D4647M—13《Standard Test Methods for Identification and Classification of Dispersive Clay Soils by the Pinhole Test》的相關(guān)要求和方法進行針孔試驗，用蒸餾水沿土樣針孔（1 mm）從水平方向進行水頭滲透試驗，模擬土體裂隙在水流作用下的沖刷過程，根據(jù)水色、流量和孔徑的變化判別土樣在控制干密度和含水率條件下的分散性[6]，判別標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 針孔試驗評價土的分散性標(biāo)準(zhǔn)

5 結(jié)果與分析

根據(jù)試驗代表性要求，現(xiàn)場共實施改性土鑒定檢測80 組。下面從結(jié)束水色、最終流量及最終孔徑對實驗內(nèi)容進行成果分析。

5.1 試驗結(jié)束水色

鑒定檢測的80 組中，鑒定為完全清澈的組別70 組，占87%；鑒定為清澈的組別10 組，占87%，清澈占13%，驗證結(jié)果良好。

5.2 最終流量分析

通過針孔檢測，共計檢測80 組中，其中最終流量在4.63～1.23 mL/s，經(jīng)鑒定滿足非分散性土條件，統(tǒng)計結(jié)果見圖1。

圖1 流量統(tǒng)計

5.3 最終孔徑分析

80 個試驗點最終孔徑在1.0～1.5 mm 之間，經(jīng)鑒定滿足非分散性土條件，統(tǒng)計結(jié)果見圖2。

5.4 最終結(jié)果分析

經(jīng)檢測，80 個點位中，達(dá)到非分散性ND1 標(biāo)準(zhǔn)48 個，達(dá)到非分散性ND2 標(biāo)準(zhǔn)32 個，所有樣本數(shù)據(jù)均滿足改性要求。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析，采用“石灰+粉煤灰”改性處理方案，對分散性土進行改性是可行的，為分散性土筑壩提供了優(yōu)良的解決方案。該方案具有一定的可推廣價值。

6 結(jié)語

現(xiàn)場施工長度約為4.5 km 的填筑改性土面，經(jīng)過1 年左右雨水沖刷，目測均未發(fā)生嚴(yán)重沖溝及破壞，整體表現(xiàn)良好。因此，在施工過程中，采用“2%石灰+4%粉煤灰”改性處理方案，膠凝材料總摻量控制在6%時，能有效抑制料場土料的分散性，達(dá)到預(yù)期改性效果。高分散性土、分散性土根據(jù)摻量不同可變性為非分散土ND1/ND2。

此工藝現(xiàn)場具備可操作性，現(xiàn)場生產(chǎn)能夠達(dá)到室內(nèi)試驗要求。處理后，土料抗沖刷能力提高顯著。此次試驗成果應(yīng)用于吉林西部分散性土的改性處理，處理效果良好，為類似工程分散性土的改性處理提供了可靠的基礎(chǔ)資料。