1.中国水利水电第十一工程局有限公司 河南郑州 450000；
2.黄河勘测规划设计有限公司 河南郑州 450000
摘要：膨胀土是一种典型的非饱和土，遇水膨胀，失水收缩。工程地质条件极其复杂，处理难度大。通过采用水泥改性土做基础换填，在一定程度上提高了土体强度和承载力。水泥改性土可就地取材，降低了工程造价。本文主要阐述了水泥改性土的施工工艺技术，可供类似工程借鉴参考。
关键词：南水北调中线；水泥改性土；施工技术
1 工程概述
1.1 概况
陶岔渠首枢纽工程是南水北调中线一期工程输水总干渠的引水渠首，位于河南省淅川县九重镇陶岔村，丹唐分水岭汤山禹山垭口南侧，也是丹江口水库的副坝。上游引渠新增护坡全长2000m，新增护坡施工高程为原初期护坡至现高程170.5m间范围，施工项目为对渠道两侧边坡高程155m～171m护坡范围内出露的Q2粉质粘土、经地质专业鉴定部分Q1粉质粘土层和Q4与Q2之间的软弱面进行水泥改性土置换，置换厚度0.6m。
1.2 膨胀土处理特点、难点
（1）膨胀土是一种具有特殊性质的土，处理难度大，是南水北调中线工程施工面临的关键复杂技术问题。
（2）水泥改性土在水利工程中应用较少，可借鉴的工程实例不多，施工工艺参数确定难度大。
（3）采用水泥改性土对膨胀土渠道边坡进行换填，是确保膨胀土渠坡稳定的主要措施之一。采用水泥改性土换填具有充分利用开挖料，少开挖、少弃土，节约占地，节省投资等优点。
2 技术要求
2.1 水泥
采用普通硅酸盐水泥，强度等级42.5，不得使用快硬水泥、早强水泥以及受潮变质的水泥。
2.2 土料
天然土料的自由膨胀率限制在21～65%范围内，膨胀率小于21%的天然土料可按设计要求直接采用、无需改性，自由膨胀率大于65%的土料不允许使用；改性土水泥参量根据试验结果，掺入比例一般为3～6%。用于填筑的土料不得含有杂草、树根等有机物及块石，不得含有腐植土，碾压时土块粒径≤10cm，其中10cm～5cm粒径含量不大于5%，5cm～5mm粒径含量不大于50%。改性土设计指标：C值为30～40KPa；Ф值为22～24度；压实度大于0.95；最佳含水量参考值20.8～22.8%。
2.3 水
水泥改性土拌合用水应符合《混凝土拌合用水标准》（JGJ63-1989）。水泥改性土换填过程中，从加水拌合到碾压终了的延续时间，不宜超过4小时。
3 施工工艺
膨胀土中含有较多的粘粒及亲水性较强的蒙脱石或伊利石等粘土矿物成分，是一种遇水膨胀、强度骤减、失水干缩、坚硬而又常有收缩裂隙的高塑性粘土。而水泥改性土系指将具有一定自由膨胀率的天然土料，掺入一定比例的水泥（一般不大于8%），以改变其土料的膨胀特性。
3.1 换填施工
对于水泥改性土，表层50cm土料挖除后，置换层开挖料全部临时堆存在弃渣场，并根据天气情况进行翻晒处理；堆存时根据不同的膨胀率分类存放；置换层开挖同表层土料施工，推土机、反铲开挖，反铲配合10t自卸汽车运输。根据上游引渠水泥改性土总工程量及施工条件，改性土破碎及拌合选用1GQN-200型旋耕机，该型旋耕机通过拖拉机牵引，作业宽度2.0m，耕深0.18m，
3.2 工艺流程
（1）置换层建基面按照设计要求开挖到位，地质编录完成，基面湿润无杂物，并经监理工程师验收。
（2）测量放线，为保证边坡压实，结合各施工机械作业安全等因素，在施工放样时考虑水平超填宽度，超填宽度为30cm；每层填筑前，放出填筑涂料的铺料边线，并撒上白灰线加以标示。
（3）台阶开挖：各项准备工作完成之后，人工在坡面上挖出台阶，台阶高度与铺土厚度相同，为30cm。
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（4）土料运输：采用10t自卸汽车将膨胀土从护坡顶部运至工作面，采用“后退法”卸料，即自卸汽车每斜一次料，推土机直接进行摊铺；结合旋耕机作业深度，每次平土厚度为18cm，在摊铺过程中严格控制平土厚度；作为改性置换土原料的膨胀土应清除树根、杂草、垃圾、废渣等杂物。
（5）土料破碎与拌合：通过推土机带动铧式犁翻土与旋耕机碎土、拌合（其翻土遍数及碎土拌合遍数通过生产性试验及土料均匀性等指标参数确定）。先翻土然后根据摊铺厚度与长度计算出每层土料所需的拌合水泥量，提前将置换用的水泥量备好，通过人工均匀的摊铺水泥；水泥摊铺完成后，旋耕机开始拌合，拌合时设专人负责随时检查拌和深度、均匀度，拌和均匀后应色泽一致，没有灰条、灰团，且水份合适和均匀，此道工序包含提前对土体翻晒或拌合时加水。
（6）碾压：上游引渠碾压块长度原则上以原渠道排水沟为界，每碾压块体长度初定为100m，高度根据渠道坡势而定，原则上也以原排水沟为界。碾压作业，根据旋耕机作业工况，本工程采用“两拌一碾”法施工，即旋耕机每拌合两层（h=18cm+18cm，虚铺厚度为36cm）改性土后碾压一次，碾压机械选用18t凸块振动碾，碾压时前进、后退一个来回按两遍计，碾压速度控制在2～4km/h范围内；对边角接头处大型机械碾压不到、易漏压的地带，由人工采用蛙夯或冲击夯等小型设备夯实；碾压过程中，应保持改性土表面保持湿润，如水份蒸发过快，应及时补撒少量的水，但严禁洒大水量碾压；根据生产性试验确定的碾压遍数碾压完成后，环刀法取样检测碾压压实度，合格后进行下一层的填筑。
（7）连续作业，循环上升：在换填过程中，从加水拌合到碾压终了的延续时间控制在4h内，合理组织，确保连续作业，循环上升。
（8）削坡处理：适时对换填完成的的边坡（含超填部分）利用液压反铲和人工进行渠坡整理；削坡方向垂直于渠道轴线，削坡后的土料作为弃料运输至张北冲弃渣场。削坡时及时对坡面进行测量，确保边坡平整度。
4 质量控制
4.1 建基面开挖
建基面不得欠挖。开挖完成后，应立即对其采取防坡面雨淋、防土体蒸发失水的临时防护措施，避免换填层填筑施工时，建基面出现饱水软土、失水干裂等现象。
4.2 破面防护
膨胀土坡面开挖后应及时进行防护。临时防护措施宜采用防雨布或彩条布进行防护。每单块防雨布应沿纵向水平敷设，上层布压下层布，搭接宽度不小于0.5m，防雨布顶部和底部应延伸到坡顶和坡脚线以外，坡顶延伸长度不小于2.0m，坡脚延伸长度不小于1.0m；坡顶、坡底及坡面搭接处应采用土袋压牢。防雨布铺设时要做到全面覆盖不留空白，切尽量平整，避免雨水积聚产生渗漏。严防雨淋或风吹日晒产生龟裂、雨水浸泡滑坡等现象发生。
4.3 含水量控制
膨胀土换填施工过程中，配合换填层上升高度，自下而上逐层揭除临时防雨布，高位季节施工时不应大面积裸坡，对于未及时换填的裸坡，视天气情况进行洒水保湿处理，洒水量与洒水频率，以土体含水量保持在天然含水量左右为控制标准。
4.4 试验
水泥改性土填筑前根据不同的料源及水泥掺量做室内水泥改性土击实试验，以确定其最优含水量和最大干密度；根据室内取得的参数和设计要求的压实度，确定压实须达到的干密度，并进行碾压施工工艺试验，确定铺土厚度、碾压遍数、含水率等参数。
4.5 粒径控制
水泥改性土要求土块粒径≤10cm，其中10cm～5cm粒径含量不大于5%，5cm～5mm粒径含量不大于50%。
4.6 碾压过程控制在分层填筑过程中，应及时对填筑面及填筑边坡进行洒水养护，以防止水泥改性土砂化；碾压过程中如有弹簧土、松散土、起皮现象，应及时翻开重新碾压并检测合格。每层填土完成碾压后，宜在4h内完成质量检测，6~8h内完成上土覆盖；如不能及时跟进的，要对填筑面和建基面做好防雨和保湿等保护措施，并防止大型施工设备在其上行驶。
雨季施工应特别注意天气变化，勿使水泥和混合料遭受雨淋；降雨时应停止施工，已摊铺好的水泥改性土应尽快碾压密实并进行防雨覆盖。
4.7 养生
每一施工段水泥改良土碾压完成并经压实度检查合格后，应立即开始养生，养生期为7天，养生期间始终要保持改良土表面湿润。如因气温过高，改性土表面水份蒸发过快，应采用覆盖措施，以确保改良土表面湿润。如养生期消费量日平均气温低于5℃时，应在改性土表面采用覆盖措施，防止改性土被冻。水泥改良土未凝固时，如下雨同样应采取覆盖措施，防止雨水损坏路基面。另外，养生期间严禁重型车辆在已施工好的改性土上通行。
5 结束语
水泥改性土换填工艺是近年来发展起来的一种对膨胀土处理的新技术。水泥改性土换填在南水北调中线工程中得到了广泛的应用。水泥改性土换填施工操作简单，改善膨胀土地基施工效果好，显著提高了施工功效和降低了施工成本。为以后类似工程的膨胀土地基处理提供借鉴，具有重要的参考价值和应用前景。
论文作者:易磊1,刘磊磊2
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/27
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