陈克政 唐 恺 马 瑞

一、工程概况

南水北调中线一期工程总干渠陶岔～沙河南（委托建管项目）方城段第三施工标段，起点设计桩号138+551～145+651，渠段长度为7.1km。该标段以半挖半填为主，土石方开挖约359.5万m3，渠堤加高部分为“金包银”。土石方填筑约113.3万m3，其中水泥改性土回填约63万m3。

二、问题的提出

该地区最典型的土质就是膨胀土。膨胀土是土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土，性质极不稳定，常使建筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏。根据相关设计要求，当土料的自由膨胀率为36%～45%时，按4%掺加水泥进行改性，该标段4%掺量水泥改性土的压实度要求大于98%，水泥改性土的碾压时间要求小于4h。

在该标段前期水泥改性土的碾压试验过程中，压实度很难达到设计要求，超过一定的碾压遍数后，压实度逐渐降低，碾压试验结果见表1。

三、原因分析

经过试验分析，该区段土的自由膨胀率为40.0%，粉粒含量64.4%，粘粒含量29.4%，土类定名为粉质壤土，不易碾压密实；当掺加一定量的水泥后，土料中的粉粒含量增加，粘粒含量相对降低，土料为颗粒级配不良；并且当碾压时间和击实时间不同时，室内击实试验用土料没有完全反应现场碾压时的水泥改性土的情况，故压实度很难达到设计要求。

根据改性土试验技术要求“击实试验要在0.5～1.0h左右完成，超过1h的试验应予作废”；这个时间水泥的水化反应刚刚开始，击实效果最佳，因此最大干密度也达到了最大值，但是在水泥改性土的填筑过程中，从拌和、运输、整平、到碾压完成在3～4h左右，用试验技术所要求的试验结果来控制现场压实标准，与实际施工现场水泥拌和后延迟3～4h才碾压完毕的情况不相符，导致压实度达不到设计要求。

四、室内击实试验工艺调整

根据上述出现的情况，试验室对水泥掺量4%的改性土击实试验过程进行了调整，配制不同含水率的素土样浸润静置24h后，然后掺加4%的水泥延时2h、3h、4h进行轻型击实试验，试验结果见表2。

由表2可以看出，随着击实延迟时间的增长，水泥改性土最大干密度在1h最大，之后随着时间的增长而显著降低；最优含水率则随时间的增长而增大，2h试验结果变化最大，4h后变化缓慢，该次试验采用的宛北散装P.O425水泥，初凝时间130min，终凝时间210min；上述结果反映出掺加水泥2h后的水泥正处于开始失去塑性时期，对土粒变化影响最大，最大干密度降至1.67g/cm3，最优含水率增至20.4%；碾压试验段的水泥改性土的掺量为4%，试验得到的最大干密度是1.69g/cm3，最优含水率为18.1%，试验时间为0.5～1h，现场碾压试验就是用这个数据控制的，依据此时段试验结果确定的最大干密度标准进行控制，现场压实度不易满足设计要求。

若采用与现场相符合的4h延迟时间所得最大干密度1.66g/cm3来控制压实度，检测试验数据见表3，可以看出强震10遍或弱震8遍的压实度均能满足设计要求。

水泥的初凝时间对水泥改性土的压实也有显著的影响，可使用初凝时间在4～6h的水泥进行水泥改性土的拌合施工。

表3可以看出强震12遍和弱8强6遍时的压实度显著降低，说明该土料不宜随意增加碾压遍数，以免出现过度碾压，给改性土填筑质量带来不利影响，在现场施工控制过程中亦应该严格控制碾压遍数。

表1 水泥改性土碾压试验结果表

表2 土料延时击实试验成果表

表3 水泥改性土碾压试验成果表

表4 4%改性土削坡余料表

五、改性土削坡余料试验

在施工过程中改性土铺料时需要超填水平宽度不小于75cm，改性土削坡余料总量为88937.15m3，通过削坡余料室内试验对改性土后期性质进行研究。室内试验用料141+000～141+600段4%削坡余料，通过室内试验确定4%削坡余料技术参数。按SL-237-1999方法进行击实试验，采用标准击实仪轻型击实法，单位体积击实功能为592.2kJ/m3。

原改性土的土料料源来自渠道开挖，水泥参量为4%，改性前自由膨胀率为29%～58%改性后自由膨胀率为22%～29%，采用改性土拌和机（MWCB-400）进行拌制，拌合后土料的含水率为18.1%，最大干密度为1.69g/cm3。通过削坡余料室内试验发现，改性土在数月后的改性土最大干密度1.64g/cm3＜1.69g/cm3，检测试验数据见表4，从后期削坡土的试验进一步论证了时间与干密度的关系。

六、结论

试验结果表明，水泥改性土随击实延迟时间的增长，最大干密度降低而最优含水率增加。因此，水泥改性土施工中，采用与现场碾压时间不符的击实试验所获得的最大干密度来控制压实标准，将导致压实度达不到设计要求，一味地增加碾压遍数，反而造成压实度逐渐降低。如果室内击实试验采用与现场相符合的碾压时间进行，用相应的最大干密度作为控制压实标准，较为科学合理，压实度能够满足设计要求■