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水泥改性膨胀土施工关键技术分析

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154总448期2017年第34期（12月 上）

0 引言水泥改性土即为在具有一定膨胀率的天然土料中加入比例一定的水泥，改善土料的膨胀特性，水泥比例一般不超过8%。天然土料中加入水泥后为水泥土，可提高土体抗剪强度及承载能力[1]。以实际膨胀土处理为例，对利用水泥改性土及水泥土处理膨胀地基的要求、成品质量、水泥掺入量等进行了研究。1 研究背景膨胀土自身具有化学成分及微结构特征，为了有效改善工程特性，需要对膨胀土进行相应处理。处理时采用的方法一般有换土法、湿度控制法及化学改良法等等。所谓化学改良法就是在膨胀土中加入改良剂，使得膨胀土自身具有的膨胀特性得以降低。在实践活动中应用频繁的改良剂多由水泥或石灰充当 [2]。近年来对膨胀土的研究取得了一定成功，在改良其膨胀特性上也取得一定成果，如在膨胀土改性中利用石灰作为改良剂，使得土质的性能得到改善，可将改性后的材料当作公路路基填料使用，也使得公路施工的要求得到满足。通过改性膨胀土进行的实验中，利用水泥对其改性可使膨胀潜势得到降低。通过抗压强度等体现的力学性质表明，利用水泥作为改良剂可抑制膨胀土强度软化程度，对模量进行有效减小。在石灰及普通水泥的改性研究中，可得出水泥改性相较于石灰改性难度更大，但改性效果要明显优于石灰土[3]。这些技术都为改性膨胀土提供具体方法，但在实际施工中还缺乏较多研究，主要原因有：①在对水泥掺料进行施工时，难度较大的是拌和均匀性。一般受到这些因素的影响：一是开挖的土料本身含水率较高，最高可达35%左右。在对水泥掺拌时，水泥容易出现聚集，不容易均匀分布。二是开挖涂料中存在较多的土团是超径的，而膨胀土属于高液限黏土，其自身的透水性不佳，在对水泥进行掺拌过程中，土团内部水泥渗入不佳。②对水泥改性土进行碾压施工时，其施工方式与常规土方填筑相比有较大区别，需要科学控制填筑时间，若填筑时间过长，则容易导致土质颗粒胶结程度产生破坏，另外还会导致涂料含水率出现损害，导致土料压实度受到不利影响。膨胀土开挖料的含水率较高，其中存在的超径土团较多，这些因素都会对改性剂均匀拌和产生影响。在现今存在的学界论述中，提到了可利用路拌法对膨胀土改良，使得含水率降低且对超径土团进行破碎，这其中可利用二次掺灰工艺。二次掺灰工艺就是将掺灰工作分为2步，第一次在其中掺加少量灰继而砂化膨胀土，这样一来，土团的破碎更为容易，也使得土料中含有的含水率得到降低，之后再进行二次掺灰，这种施工工艺费时费力，很容易对土颗粒胶结结构产生破坏。2 含水率速降施工工艺若开挖的土料中含水率较高，多使用自然翻晒形式来降低土料中的含水率。在多风地区可利用土堆过风法来降低土料含水率。而在土料场中就可以利用犁耕法对其进行晾晒，这样的做法也是为了降低土料中的含水率。但这种形式降低含水率，只能对含水率降低约3%，降低含水率的效率低下。为了提高效率，采用旋耕机翻晒，这样会使降低含水率的效果十分显著 [5]。旋耕机是耕耘时用到的农具，配套耕耙等进行工作。这个机器的翻晒、碎土能力都较强。经过现场实验按照场地400m2计算，单次作业时间约为40min，旋耕土有效深度约为16cm，铺土厚度为21cm。有实验证明土料一般为直接开挖料，其初始含水率可以达到30%左右，对其中的大气温度差异进行排除，将旋耕机翻晒几遍后，对土质中的含水率进行检测。发现实验完成耗时8h，当旋耕机工作至第8次时，就可使土料含水率下降10%左右，接近土料塑限收稿日期：2017-09-21作者简介：薛兴喜（1971—），男，高级工程师，主要从事公路桥梁工程施工与管理工作。水泥改性膨胀土施工关键技术分析薛兴喜（日照公路养护有限公司，山东 日照 276800）摘要：针对水泥改性膨胀土工艺技术中出现的问题，在总结文献基础上，对膨胀土施工工艺进行现场实验，对施工中关键技术进行系统研究。对施工中用到的机械组合、破碎机等碎土施工工艺进行分析，分析了土团破碎效果及水泥搅拌均匀度等，并在此基础上总结了速降膨胀土含水率的方法、土团破碎法及水泥改性土填筑施工的要求。关键词：水泥改性；膨胀土；施工工艺中图分类号：U414 文献标识码：BTRANSPOWORLD交通世界值，耗费时间约为6h。再进一步对开挖土料进行翻晒，含水率降低，但降低速度有限性较低。另外，现场施工可根据旋耕机旋耕遍数得到符合要求的含水率。3 超径土团破碎工艺3.1 开挖土料基本情况开挖的膨胀土中超径土团较多，经现场取样筛分后发现，土团团径较大。团径指的是土团最短边长度，发现＞100mm的土团总质量达到60%，＜5mm的土团质量仅为5%。3.2 机械碎土破碎机功效。现场利用破碎机可起到强制筛分的目的[6]。经过现场实验表明，若将土料直接放入破碎机中，机械容易出现堵塞，碎土的效用也不高。由实验可知，当旋耕机翻晒8遍时，含水率显著降低至20%，低于土料的塑限值，破碎机功效也将达到100m3/h。当含水率降至19%左右时，破碎机可达到功效为150m3/h，与原有设计功效相比较，这种功效更低。也就是利用破碎机碎土，可使土料含水率低于塑限的Wp，这时若想实现满负荷碎土，土料含水率应该保持在Wp-2%下。拌和机功效。在现场进行水泥施工时，也可利用拌和机进行。拌和机工作原理与碎土机的工作原理十分相似，机械在搅拌时由于力的作用也会出现碎土作用。实验表明，掺拌土料含水率需要保持在Wp＋2%范围内。一是由于拌和机中黏土所具有的粘连性，使机械运转时负荷加重，这时若持续工作很容易导致机械烧毁，因而需要定期对机械进行清理，清理耽误了时间，导致生产效率难以提高。另外，拌和机中黏土含水率是很高的，在拌和时很容易出现搅拌不均的情况。为了保证拌和机的生产效率，土料在破碎之前就需要对其含水率进行有效控制。4 结语经过现场实验，对水泥改性施工中降低土料含水率方法及土团破碎等都进行了研究并得到一些结论：含水率速降工艺。由于自然翻晒的效率较低，应采用旋耕机法。经旋耕机翻晒后，就可将含水率控制在塑限值内；土团破碎法。对于膨胀土中存在超大土团，若含水率较高，则采用一般破碎机碎土。若采用旋耕机翻晒，则克服机械碎土的相关缺陷，使得土料含水率大大降低，也减少了施工难度。参考文献：[1] 赵春吉，赵红华，常艳，龚壁卫. 水泥改性强膨胀土理化试验研究[J]. 大连理工大学学报，2014（6）：604-611. [2] 刘军，黄斌，龚壁卫，等. 膨胀土水泥改性均匀性及长期效果试验研究[J]. 西北地震学报，2011，33（b08）：204-208. [3] 李启金，李国忠，等. 改性聚丙烯纤维对发泡水泥性能的影响[J]. 复合材料学报，2013，30（3）：14-20. [4] 陈定千，沈来宏，肖军，等. 水泥改性铁矿石载氧体的煤化学链燃烧实验研究[J]. 中国电机工程学报，2013，33（20）：40-45. [5] 冯光亮. 水泥改性膨胀土干密度与自由膨胀率试验研究[J]. 南水北调与水利科技，2009，7（6）：62-65. [6] 张晨辰，刘斯宏，张学峰. 膨胀土水泥改性掺灰量测定的龄期效应研究[J]. 南水北调与水利科技，2012（5）：76-79. （编辑：钱宇宁）

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水泥改性膨胀土膨胀率试验研究

水泥改性膨胀土膨胀率试验研究

ｌ【科技论坛　；②　利　淮萎水利科学研究院协办　水泥改性膨胀土膨胀率试验研究　梁剑　史振防　田进宽’　（１河南省沙颍河涡河近期治理工程建管局漯河４６２００３　２黄河咨询监理有限责任公司郑州４５００００）　【摘要】为探讨水泥改性膨胀土的膨胀率的影响因素，文中采用－ｉ－－￣．、滴定等室内试验方法测得水泥改性膨胀土的膨胀　率，在大量试验的基础上，对各种因素对水泥改性膨胀土膨胀率的影响进行详细分析，结果表明，增加适量的水泥对减小膨　胀土的膨胀特性，改善土体结构，节约投资和指导施工具有重要的意义。　【关键词】水泥改性膨胀土膨胀率　１　引言　膨胀土是土中粘粒成份，主要由亲水性强的蒙脱石、伊　利石和高岭土等矿物成分组成，吸水后体积膨胀，失水干　缩，具有超固结性和多裂隙性，是一种具有膨胀结构的高液　限粘土。南水北调中线总干渠，穿越南阳膨胀土地区渠长　２７９．７ｋｉｎ，占南水北调中线总干渠总长的２２．５％。如何破解　膨胀土渠坡处理的这一技术难题，建立一套适合膨胀土渠　道开挖及处理的施工技术与工艺，对于南水北调中线工程　具有重要的意义。　２水泥改性膨胀土膨胀率试验研究的目的　膨胀土掺加水泥进行改性是为了消除膨胀土的膨胀性　对渠坡的破坏影响，而膨胀土的胀缩是由膨胀率来体现的，　所以研究水泥改性膨胀土的膨胀率是一个重要的突破点。　通过试验，水泥改性膨胀土的膨胀率是由水泥的掺加量、水　泥膨胀土作用时间、含水量及外约束力的因素决定的。因　此，加强对水泥改性膨胀土的膨胀率试验方法的研究，合理　选择水泥掺量、最佳的含水量及把握施工中的合理碾压时　间对降低工程投资、缩短建设工期和节约施工成本具有重　要的指导意义。本文将在大量室内、外试验的基础上．对水　泥改性膨胀土的膨胀率的影响因素进行探讨。　３试验材料选择与试验方法　膨胀土采用南阳试验段中膨胀土，自由膨胀率Ｆｓ为　８３％。试验前，进行碎土处理，使其破碎后的土料粒径≤　１０ａｍ，且大于５ｒａｍ粒径的颗粒含量不　超过５０％。水泥采用中国联合水泥集团　有限公司南阳分公司生产的复合硅酸　盐水泥（Ｐ．Ｃ　３２．５）。《公路路基设计规　范》（ＪＴＧ　Ｄ３０—２００４）推荐膨胀土评判指　标为：自由膨胀率Ｆｓ≥４０％，判定为膨　胀土，中膨胀土的自由膨胀率　判别　标准为：６０≤Ｆｓ＜９０。　按照《土工试验规程》，水泥改性膨　胀土自由膨胀率试验方法氯离子滴定法，最大干密度采用　轻型击实试验，不同压力下的膨胀率试验采用压缩仪试验　测定。　４水泥改性膨胀土膨胀率的影响因素分析　影响水泥改性膨胀土膨胀率的因素有多方面。水泥改　性膨胀土的水泥掺加量、干密度、含水率、水泥与膨胀土的　作用时间及外界压力等因素，都会对水泥改性膨胀土的膨　胀率有不同程度的影响。本文将针对影响水泥改性膨胀土　的这些因素，通过一系列的试验数据来分析揭示水泥改性　膨胀土的特性与胀缩规律。　４．１室内试验　４．１．１不同水泥掺量下水泥改性土干密度表（见表１）　４．１．２击实试验前不同水泥掺量水泥改性土自由膨胀率表　（见表２）　４．２水泥的掺加量对水泥改性膨胀土自由膨胀率的影响　水泥掺量的多少决定着水泥改性膨胀土的自由膨胀率　的大小，提高水泥掺量可适当提高水泥膨胀土的干密度、压实　度，相应地可降低水泥改性膨胀土的自由膨胀率（见表３　ｏ以　水泥不同掺量为横坐标，以自由膨胀率为竖坐标，击实试验前　不同水泥掺量的自由膨胀率的变化曲线如图１。由图可知，当　水泥掺量为６％以上时，水泥改性膨胀土的自由膨胀率都能　达到小于４０％的要求，改性土符合非膨胀土的要求，或继续　增加掺加比例，自由膨胀率减小幅度不明显，经各方比选，６％　表１　不同水泥掺量下水泥改性土干密度表　Ｉ水泥　击实时　曰（天）　掺量　１　３　７　１４　２８　％　含水率　干密度　含水率　干密度　含水率　干密度　含水率　干密度　含水率　干密度　％　ｇ／ｃｍ　％　ｃｍ　％　ｇ／ｃｍ　％　ｃａ　％　ｇ／ｃｍ　２　２２．２９　１．５４　２２．８２　１．５１　２４．９１　１．５４　２４．０１　１．５６　２１Ｉ２　１．５６　４　２２　２６　１．５１　２３．４２　１．４９　２５．０２　１．５Ｏ　２４．１４　１．５４　２０．９　１．５４　｝６　２１．５３　１．４９　２３．２６　１．４６　２４．０５　１．４６　２４．１７　１．５０　２２＿８　１．５３　｝８　２１．４６　１．４８　２４．７６　１．４４　２４．３４　１．４５　２４．５　１．４７　２５．５　１．５２　ｌ　１０　２１．４３　１．４８　２４．５４　１．４２　２５．４０　１．４３　２４．５　１．４６　２６．１　１．５０

膨胀土路基施工工艺及质量控制

膨胀土路基施工工艺及质量控制

工程科技　・２９１・　

膨胀土路基施工工艺及质量控制　

杨永凯　

ｆ大连力和公路工程有限公司，辽宁大连１　１６０３４）　

摘要：路基作为公路的重要组成部分，因此在公路工程项目中，其对于路基的强度和稳定性都有着极高的要求。路基是公路工程能　够平稳运行的基本保证，也是实际公路工程建设中存在的主要施工难题。在目前的公路路基建设中，常常容易受到不良土质的影响而出　

现路基不稳现象，因此在工程项目中做好各种不良土质的处Ｘ－Ｙ－作就显得十分重要。膨胀土作为目前最为常见的不良土质之一，本文就　其施工工艺和质量控制措施进行分析与总结，以避免其对工程施工带来的影响。　

关键词：膨胀土；路基；公路工程；施工　

路基施工是整个道路工程的关键部分，它在施工中质量的高低直　

接关系着道路的使用安全和使用寿命。一般在公路工程施工中，我们必　

须要结合地质条件、建筑材料以及施工技术等多种因素进行分析，并将　路面施工要求与路基紧密结合，从而形成一种综合Ｉ生的考虑因素，使得　

工程项目能保障其安全可靠、经济合理、技术先进以便于日后路面施工　

等。　

１膨胀土概念与工程特性　Ｉ．Ｉ膨胀土概念　膨胀土是一种含有较多粘粒成分的矿物质结构，其本身具备着膨　胀收缩性能显著，是一种较为常见的粘性土壤结构。一般隋况下，其在　

组成中有着明显力学性质不稳定，因此在施工的过程中为了保证道路　

较长时间路基的稳定性和行车路面的平稳性，是通过在工程项目中采　用各种技术方法对其进行处理，从而保障道路行车安全、舒适和稳定为　

目的，使得因膨胀土自身陛能产生的施工缺陷得到与预防和处理ｍ。　

１．２膨胀土特性　

１．２．１膨胀与收缩性　膨胀土由于存在着显著的湿胀干缩和反复作用的特性，容易受到　

吸水体积变化的影响而出现变形破坏、裂缝以及土体吸水膨胀等现象。　同时土体由于吸水体积的变化而产生收缩变动，同样也容易造成地基　

下沉或者开裂。　

１．２．２多裂缝性　膨胀土多裂隙问题是其发育程度受到膨胀土组成物质和成土物质　

高速公路膨胀土路基施工技术的应用分析

高速公路膨胀土路基施工技术的应用分析

高速公路膨胀土路基施工技术的应用分析　刘志彬　（河北广通路桥工程有限公司）　摘要：随着高速公路建设的迅速发展，如何处理好膨胀土路基施　工成为一个难题。本文笔者结合自身的工作实践经验，从膨胀土构成　以及性质、膨胀土路基处理、膨胀土的施工处理以及高速公路膨胀路　基施工等方面对高速公路膨胀土路基施工技术的应用进行了分析，　希望对相关从业人员具有借鉴意义。　关键词：高速公路膨胀土路基施工技术　我国高速公路建设中经常会遇见膨胀土。必须采用科　学正确的方法对膨胀土改性，让膨胀土路基能够满足使用　要求。　１膨胀土构成以及性质　１．１膨胀土构成。膨胀土主要由蒙脱石矿＿物成分组　成，强亲水性矿物质是膨胀土的粘粒成分。硅氧四面体片　以及氢氧化铝八面体片对土体物理性质起着重要的作用。　膨胀土主要由夹着一个八面体片的两个四面体片重复堆　积组成，从而形成三层型。根据层问水化离子的吸附水性，　结构单位填充会造成晶格活动较大，从而让整个土体的压　缩性和膨胀性变大。　１．２膨胀土的工程性质。膨胀土和其他粘性土有很大　的区别，具有强烈的吸水膨胀、失水收缩、易裂缝、易固结　以及强度容易衰减等特性。在高速公路建设中必须处理好　改性，避免对高速公路建设造成巨大损害。不同情况下的　压力膨胀率和自由膨胀率可以反映土的具体膨胀性能。膨　胀土的含水量和膨胀率大小成反比关系，膨胀率越高，土　的含水量就越低。因此，自由膨胀率是反映膨胀土工程地　质分类最主要的因素。交通部门根据相关法律规定：Ｆｓ≥　９０％的为膨胀土；Ｆｓ在６５％～９０％之间的是中性膨胀　土；Ｆｓ在４５％一６５％之间的是弱性膨胀土。土体当中含　水量是施工性能改性的重要条件。　１．３膨胀土的危害。膨胀土一直是岩层工程界的重要　问题。因为失水收缩，遇水膨胀的变形以及边坡渗水强度　下降等特性，让膨胀土地区建筑、工业、水利、道路、桥梁等　工程建设都遭到了不同程度的破坏。随着科学技术的发　展，我国工程界对膨胀土的结构特征以及相关工程性质进　行了研究，并取得了相关的成果，对膨胀土危害原因进行　了科学的分析，并且提出了很多可行性的处理方案。　２膨胀土路基处理　２．１换土。换土是膨胀土最常用的方法，主要是挖出　膨胀土以及换填膨胀土或者砂砾土，在换土的时候必须根　据相关建设要求以及实际环境气候特点换土的深度。临界　深度是一定深度的膨胀土不受其他气候的影响，此时的含　水量成为临界含水量。根据各地气候差异，膨胀土的临界　含水量和临界深度不一样，因此，换土深度必须根据土的　含水量而定。强膨胀土一般是２ｍ，中性，弱性膨胀土一般　是１　ｍ一１．５ｍ之间。　２．２湿度控制。保持膨胀土含水量稳定以及预湿是膨　胀土湿度控制的主要方法，为了避免膨胀土胀缩变形，应　该减少路基含水量大气影响。在施工中利用粘土或者土工　布将路基包封好，隔绝大气和膨胀土的直接接触，从而减　２２７　少膨胀土的内部湿度。　２．３改性处理。高速公路建设中，一般利用膨胀土的　物理化学特性和石灰、水泥以及其他固化材料进行化学固　化，增加膨胀土强度、水稳性。石灰固化作用拥有良好的次　生碳酸钙胶结性、盐基交换和石灰作用之后能够生成铝酸　钙、硅酸钙等新型的矿物；水泥的固化作用是胶结物能够　新生矿物和脱水结晶，降低膨胀土液限，增强膨胀土抗剪　强度和塑限；ＮＣＳ固化材料能增强吸水作用，生成相应的　微型加筋结构，提高膨胀土的强度。　３膨胀土的施工处理　在高速公路修筑中，必须在施工现场或者取土场获得　相应的土样，根据土样做相应的膨胀性土工试验。按照试　验结果结合实际的施工工艺采取合适的改性措施，再通过　观察以及试验确定出膨胀土类型。击实６％的灰土，然后　液塑限，进行自由膨胀率以及ＣＢＲ值试验。在高速公路建　设中，膨胀土以及ＣＢＲ小于３的弱性膨胀土必须掺对应　的石灰进行分层改性，确保掺灰后的混合土完全符合高速　公路建筑施工要求。具体流程如下：①准备相应的下载面。　首先将下载面表面的杂物以及浮土清理干净，用３Ｙ１８／２１　压路机横向、纵向、全面地碾压３遍　４遍，确保它的平整　度、宽度、压实度、标高等符合相应的标准规范。根据相应　的配合比设计，准备好相应的土和石灰。②施工放样。在高　速公路建设前，恢复相应的中线，在对应的下承面设置对　应的高程指示桩。每隔２０ｍ的直线地段设置一个桩，做好　标记，根据相关规定知识压实后需要达到的高度和填筑层　边缘位置。⑧运输以及摊铺。通过自卸汽车将需要的各种　原料分层送到指定的地方。由人工协助推土机将土弄均　匀，再用ＹＺＣ１　２压路机碾压１遍一２遍，保证土层表面平　整，最后通过人工协助装载机，将准备好的石灰均匀的摊　铺在平整的表层上面。④后续管制。在混合均匀之后，用规　定的平地机弄平，及时进行适当的碾压。碾压时根据碾压　标准，按照试验最佳结果进行碾压，保证相邻的两条填筑　路基在填缝时的紧密性，从而让压实度达到相应的标准规　范。在碾压完成之后立即采用覆盖草袋洒水的方法进行养　生。同时，养生期间必须封闭相应的交通路段，养生周期不　能少于７ｄ。　４高速公路膨胀路基施工　通常情况下，高速公路路基清表之后根据相关施工规　范碾压紧实之后，再根据要求填压相应的弱性膨胀土：对　于池塘或者河渠地段，一般是在清淤之后填砂砾石到原地　面；对于低凹的地段清表之后检测地基承载力以及含水　量。当含水量太大，地基承载力小于１ＯＯｋＰａ，填筑砂石就　会上升到平常水位之上，铺设防渗透复合土工布在砂砾石　的表层，从而有效避免地下水上升对地基质量造成影响。　高速公路膨胀土路基施工特点：①高速公路膨胀土分　层摊铺和粉碎。在高速公路建设中，膨胀土施工必须避免　

浅析渠道膨胀土的施工作业方法

浅析渠道膨胀土的施工作业方法

浅析渠道膨胀土的施工作业方法

摘要：针对膨胀土对渠道的不利影响南水北调中线一期工程总干渠陶岔~沙河南段南阳段第一施工标段工程实例，提出保证膨胀土渠段水泥改性土换填施工质量、满足设计要求、经济可行的施工方案，为后续膨胀土渠段施工提供重要的参考方法。

关键词：膨胀土;干场作业;开挖;换填施工;

abstract: based on the engineering practice of main canal

of the first-stage project of south-to-north water diversion,

this paper puts forward the feasible contruction planning

that guarantees the cement modified soil replacement

construction quality of the expansive soils section and meets

the design requirements, providing important reference for

the follow-up expansive soils section construction.

keywords: expansive soils; dry operation; excavation;

replacement construction

中图分类号：tq639.2文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2012）

1、概述

膨胀土是一种含一定数量的亲水矿物质(蒙脱石、伊利石、高岭石或混层结构)，且随着环境的干湿循环而具有显著的干燥收缩、吸水膨胀和强度衰减的粘性土。根据其膨胀率分类，膨胀土可分为弱膨胀土、中膨胀土和强膨胀土。南水北调中线一期工程总干渠陶