水泥改性土在南水北调叶县2标工程中的应用
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工程管理 10 2015年18期 水泥改性土在南水北调叶县2标工程中的应用 刘永利 黄凌春 叶 鑫 北京京水建设集团有限公司，北京 100193
摘要：南水北调中线工程河南段叶县2标的施工过程中，遇膨胀土问题，膨胀土土质特殊，如作为填筑土料或者基础，会给工程带来质量和安全隐患，如何消除膨胀土问题关系到工程的运行安全。叶县2标项目部，通过试验，采用膨胀土内掺入一定比例的水泥，降低原土膨胀性，使之成为一种水泥改性土。水泥改性土可以封闭膨胀土基础，也可以直接用来行填筑渠堤，较好的解决了上述问题。本文对膨胀土的性质，水泥改性土的试验、施工进行了说明。 关键词：明渠；水泥；改性土；膨胀土；措施 中图分类号：TV68；TV541 文献标识码：A 文章编号：1671-5802(2015)18-0010-02
1 概述 南水北调中线工程是我国迄今为止最大的调水工程，它整体上采取明渠调水，利用南北高差自流到目的地。我公司有幸承接了叶县2标建设，调水明渠是工程的最主要，也是最重要的部分。根据地形地势，水利建设者采用填筑和开挖的方式形成矩形明渠的雏形，此为工程的基础和根本，后续的防渗、排水、混凝土衬砌、管理项目等皆在其上。 因此，要保证工程的质量和安全，首先要确保填筑段土料的安全和挖方段原基础的安全。地质资料显示，叶县段有相当部分的土层为膨胀土。这种土层作为工程的基面或者开挖的土料用于填筑，都会给工程带来严重的安全隐患，需要采取处理措施。 2 膨胀土 膨胀土主要是由蒙脱石和伊利石等亲水性粘土矿物组成，具有膨胀结构、多裂隙、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘土，对气候和水文因素有很强的敏感性。通过现场观察，取样试验，其主要特性有：失水收缩,失水时土体发生收缩变形，土体中产生裂隙，多次胀缩导致土体碎裂成小土块，遇水后土体强度急剧下降，失水越多，对土体强度影响越大； 吸水膨胀,吸水时土体体积增大； 抗剪强度在胀缩循环中明显下降,膨胀土天然强度较高，但在经过干湿循环后，抗剪强度明显下降，循环次数越多，减低幅度越大；无约束条件下，膨胀土极易崩解，在水中土块快速崩解为小颗粒，粘结强度丧失。 膨胀土的这些特性决定了其在工程中的危害性，如不采取措施，施工过程中就会发生不均匀沉降、边坡失稳、基面承载力大幅度下降等危害。即使当时没有发生问题，工程建成运行后，也存在严重的安全潜在隐患，因此膨胀土的危害必须考虑和采取措施予以消减。 3 处理方法 对膨胀土，主要采用两种方法进行处理。一是在膨胀土中掺拌水泥，即水泥改性土，通过改善土质，降低土体膨胀性，使其满足填筑要求；二是使用水泥改性土封闭挖方渠道的原基面，在水泥改性土上进行后续工序。 根据无约束条件下的体积变形百分比，或者自由膨胀率，将膨胀土划分为弱中强膨胀土：弱：40～65% ；中：65～90% ；强：>90%；小于40%为非膨胀土。 水泥改性土，就是通过在膨胀土中掺入水泥，改变膨胀土的机理，将膨胀土的自由膨胀率降低到40%以下，使原土性能得到改善，消除对工程建筑物的危害，满足工程填料的要求。我们分别对弱膨胀土和中膨胀土进行了改性试验，掺拌水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级42.5。试验结果显示如下图：
弱膨胀性土自由膨胀率与水泥掺量关系图 中膨胀性土自由膨胀率与水泥掺量关系图 从试验结果可以得出以下结论： 自由膨胀率随水泥掺量的增加而降低。弱膨胀土和中膨胀土的水泥掺量分别在2%和6%以内时，自由膨胀率显著降低；当超过上述掺量后，再增加水泥掺量时，自由膨胀率的降低幅度减小。 弱膨胀土的水泥掺量超过2%，膨胀性可降为非膨胀，而中膨胀土的水泥掺量大于5%后，自由膨胀率可降至非膨胀和弱膨胀的界限值，即40%附近。 通过试验，对比分析，从工程质量、安全、经济、现场实际条件等各方面综合考虑，在实际施工时，优先选用弱膨胀土进行改性，水泥掺量为3%，这是较优化的处理方案。 4 水泥改性土生产
序号 水泥掺量% 自由膨胀率% 1 0 52 2 1 44 3 2 32 4 3 30 5 4 29 6 5 28
序号 水泥掺量% 自由膨胀率% 1 0 75 2 1 70 3 2 59 4 3 48 5 4 45 6 5 44 7 6 43 中国科技期刊数据库 工业B
2015年18期 11 碎土。开挖土料在拌合水泥前需破碎至满足要求，土料粒径应不大于10cm，其中5cm～10cm 粒径含量不大于5%，5mm～5cm 粒径含量不大于50%。 水泥改性土拌合的常用方法有稳定土拌合机拌合法和场拌法拌合两种方式。通过现场试验表明，采用稳定土拌和机出料流畅，效率高，对环境影响小，现场测算，其生产率可达250～300m3/h 左右，经过调试后，其拌和均匀度比路拌机效果好。 水泥改性土拌和需要均匀，才能保证水泥改性的效果，生产过程中拌制6遍基本能拌和均匀。 拌制后的改性土要在4小时内使用完成填筑，避免土料砂化。 水泥改性土的含水率宜高于最佳含水率1%～3%，否则应对土料进行翻晒或加水搅拌。 5 水泥改性土填筑 水泥改性土拌制完成后，就可以运输到填筑作业面进行摊铺碾压了，填筑时要注意几点: 填筑作业前要进行碾压试验，确定碾压设备、摊铺厚度、碾压遍数、最优含水量等碾压参数，以作为施工质量控制标准。 在挖方段作业时，要重点保护原基面。由于原基础面开挖露天后，因其膨胀性，受降雨、地下水、外界环境影响很大，在水泥改性土封闭前，处在一个较为不稳定的状态。因此，开挖后的坡面一定要注意保护，否则就可能引起滑坡。在实际施工时，可预留30cm后的保护层，待进行改性土施工时，予以挖除。 为了保证水泥改性土与原膨胀土基础能结合紧密，提高处理层与被保护层坡面结合质量，被保护的膨胀土坡面需开挖成小台阶，即“开凳”。 铺料时，应在设计边线外侧设置超填宽度，以保证压实的效果，避免削坡后，坡面松散。超填部分的水泥改性土不可浪费，可待削坡后，将削下的水泥改性土集中洒水，用塑料膜闷闭一段时间，再次使用在其他非渠道回填部位，施工组织时要做好规划，减少资源的浪费。
水泥改性土施工现场 水泥改性土在分层填筑上升过程中，应及时对填筑表面进行洒水，以补偿摊铺及碾压过程中的水分损失。上料、摊铺、碾压各工序要衔接紧密，以防止水泥改性土砂化失效。雨季施工应特别注意天气变化，防止水泥拌合料受雨淋。 分段作业面的长度不宜小于100m。作业面采用进占法卸料，分层一次铺料，统一碾压，并配备推土机参与整平作业，严禁出现界沟。 如有弹簧土、松散土、起皮现象，应及时挖出换填新鲜改性土，重新碾压。 膨胀土改性处理，从加水拌合到碾压终了的延续时间，不宜超过4h。 在堤顶两侧设置档水坎、坡面设置集中排水通道等防雨水冲刷措施避免雨水对堤身填筑面的冲刷破坏。 雨季施工应注意天气变化，避免改性土土料受到雨淋，降雨时应停止施工，对已摊铺的工作面尽快碾压密实、封面并进行防雨覆盖，防止表面积水。 结束语 南水北调中线的水泥改性土施工是整体工程的一个重要项目，通过采用水泥改性土较好的解决了叶县段因膨胀土造成的开挖基础不稳定、填筑土料不足等问题，确保了工程的质量和安全。实践证明，在众多的水利工程中，水泥改性土能够发挥其独特的作用，是一种有效的工程措施。 参考文献 [1]马建峰.稳定土拌和站水泥输送系统的改进[J].筑路机械与施工机械化，2013，30（11）：110-112. [2]吴斌华，刘鑫，洪宝宁，等.改良水泥土搅拌桩单桩承载特性计算分析[J].人民黄河，2013，35（4）：86-88. [3]何晓龙，肖朋飞.浅析水泥改性土在引江济汉工程中的应用[J].葛洲坝集团科技，2012（4）：7-8.
（上接第 9 页） 免泥浆外流，从而对其进行有效的控制。 4.4.2 施工扬尘的控制 建筑工程的施工很容易产生大量的扬尘，对人们的生活环境造成了严重的影响，尤其是在大风天气，建筑施工所产生的大量灰尘都会出现扬尘的情况，对施工现场的环境和人们的生活都带来了不便，所以要对施工扬尘进行有效的控制。例如在施工现场设置围挡方式，避免扬尘对施工人员造成严重的影响，影响工程施工的质量和进度；采取淋水降尘的措施，某市在进行建筑工程的施工时出现了扬尘现象，借助水资源进行了降尘工作，从而有效的控制了施工扬尘污染。 4.4.3 光污染的控制 建筑工程中的光污染主要是电气焊的亮光污染，建筑施工需要大量的电气焊工程，对施工人员和生态环境都会产生严重的影响，所以需要加强对光污染的控制。例如采用为施工的方式，减少电气焊工程出现的亮光，这是从根 本上对光污染进行了控制；设置维护网，避免电气焊工程施工产生的亮光波范围更大，从而降低光污染的损失。 5 结语 建筑业的发展和生存环境的被保护是每一个人想看到的。目前我国建筑施工管理中仍然是存在许多问题的，施工企业要继续提高建筑的质量和进度，继续减少环境污染，使经济效益和社会效益一同被促进。 参考文献 [1]宋德林.基于绿色施工管理理念下的建筑施工管理[J].黑龙江科技信息，2014（09）：173. [2]王印锁.绿色施工管理理念下如何创新建筑施工管理[J].科技视界，2014（25）：193+347.
