水泥改性土施工实验论文

水泥改性土施工实验研究
摘要：膨胀土的遇水膨胀、失水收缩，反复变形的工程性质严重威胁了建筑物的安全。

膨胀土中掺入适量的水泥，改变其结构，以降低其膨胀性。

针对膨胀土中水泥掺量与膨胀率的关系，水泥掺量的检测，水泥改性土试验,进行了分析阐述。

关键词：降低膨胀性；最大干密度；压实度超百
中图分类号：u445.4文献标识码：a 文章编号：
abstract: the expansive soil water, water loss in inflation contraction, the engineering properties of the deformation of the repeated seriously threatened the safety of the building. expansive soil adding appropriate amount of cement, change the structure, and to decrease the expansion. in the expansive soil cement mixed quantity and the relationship between the inflation rate, cement admixture is testing, modified cement soil test, are analyzed in this paper.
key words: lower dilatability; maximum dry density; compaction degree over the
1引言
膨胀土是在自然地质过程中形成的一种具有多裂隙和显著胀缩特性的特殊性黏土。

其黏粒成分主要由亲水性黏土矿物（主要是蒙
脱石和伊利石等）组成，具有超固结性、多裂隙性、遇水膨胀、失水收缩开裂且反复变形等特殊工程性质，与一般黏性上显著不同。

由于膨胀土具有多裂隙性以及土体中裂隙的杂乱分布，膨胀土对建筑物产生的变形破坏作用往往伴有长期潜在危险的特点。

南水北调中线河南段叶县4标，膨胀土渠段总长3.38km，其中强膨胀土渠道1.5km，中膨胀土渠段为1.88km，膨胀土挖方总量为：419万m3，水泥改性土施工总量为：73万m3。

目前水泥改性土已经大范围施工，特将水泥改性土实验情况总结如下。

2水泥掺量与自由膨胀率关系试验
水泥改性土是将自由膨胀率不大于65%的膨胀土中，掺入适量的水泥，改变其结构，以降低其膨胀性。

为研究水泥掺量与自由膨胀率的关系，选取三种不同膨胀率的土样，按质量比分别掺入3%～15%的普通硅酸盐42.5水泥，检测其膨胀率变化情况。

试验结果如表1所示。

表1水泥掺量与自由膨胀率试验成果表
序号土样编号桩号取土深度掺入不同比例水泥固化后自由膨胀率（δef）
0% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 10% 15%
m %
y0077 12 212+600 2.1 62 46 40 37 32 30 29 28 28
y0093 20 214+100 1.6 44 33 31 29 27 27 26 24 24
y0097 21 214+250 1.6 55 40 34 31 30 29 28 27 27
实验结果表明：当按质量比掺入3%～6%的水泥，土料的自由膨胀率降低的幅度较大，当水泥掺量大于7%时，土料的自由膨胀率降低的幅度较小，甚至不在下降。

3水泥改性土试验
3.1 水泥改性土土料来源
水泥改性土土料来源为小集料场土料，小集料场可取土约130万m3，可用取土深度为4m。

经过勘察实验，料场土料为低液限粘土，自由膨胀率检测绝大部分大于40%，为弱膨胀土。

3.2 室内击实试验
根据水泥掺量与自由膨胀率关系试验，确定小集土料场土料掺入4%水泥，土料自由膨胀率能降到35%以下，满足了改性要求。

土料分层取样进行水泥改性土室内轻型击实试验。

实验结果如下：最大干密度分布情况如下：
小于1.6 g/cm3的1组，1.6～1.65 g/cm3之间17组，1.66～1.69g/cm3之间20组，大于1.7 g/cm3的7组。

经分析：小集料场土料水泥改性土填筑碾压工艺性试验控制参数定位为：最大干密度1.67 g/cm3，最优含水率为18.9% ，压实度为0.98，现场控制干密度为1.63 g/cm3。

3.3 现场试验
选择一30×40m的试验场地。

试验场地经碾压、洒水处理，检验合格后进行了小集土料场4%水泥改性土现场填筑碾压试验。

（1）主要试验设备
220kw推土机1台，22t凸块振动碾1台，20t自卸车5台，水准仪1台，喷雾洒水车1台。

（2）振动碾主要技术参数如表2
表2振动碾主要技术参数
型号工作质量激振力振动轮
宽度振动频率振幅额定功率
lg522a 22t 400/225kn 2440mm 28hz 1.9/1.0mm
126/2000kw
（3）土料的加工拌制
1）开采土料的破碎
将开采出的土料运至稳定土拌合站场内，在碎土场地，采用碎土机进行碎土，剔除土料内粒径大于10cm的钙质结核或软土，其中10cm～5cm粒径含量不大于5%，5cm～5㎜粒径含量不大于50%。

碎好的土料经实验室检测合格后，采用装载机拢备用。

2）水泥改性土的拌制及运输
拌合添加的土料、水泥重量比例，由试验室出具配料单，拌合站根据配料单进行搅拌，每5分钟能拌制水泥改性土约20m3，每小时约200 m3；拌制完成的水泥改性土，取样通过edta滴定试验，进行均匀性检测，水泥掺量≥4%，水泥掺量均匀度检测，标准差σ=0.44，满足标准差σ≤0.7要求，采用自卸汽车运至试验场地，进行碾压实验。

（4）现场碾压实验结果
碾压完成后土料取样检测最大干密度，90%以上土样干密度在1.63～1.81 g/cm3之间，大于室内轻型实验获得的最大干密度
1.67g/cm3。

为了验证实验数据的真实性，进行了第二次现场碾压试验，取样结果仍是83%以上土样压实度超百。

3.4 压实度超过百原因分析
首先土场中土样并不均匀，室内击实试验表明绝大部分土样干密度在1.6～1.7g/cm3之间,1.7 g/cm3以上7组，浮动较大，标准干密度的选取是否具有科学性。

经过重复性试验，进行了对比，结果表明标准干密度的选取是准确的。

其次施工过程中碾压设备采用的是22t振动碾，碾压4～8遍，而室内采用的轻型击实试验，对应的碾压机具为14t以下的碾压机具。

是否由于压实功过大，导致压实度超百现象。

为验证上述情况，选取小集料场1区同一点同组土料，分别进行了轻型击实试验和重型击实试验进行了对比，结果见表5 表3 轻型重型击实试验结果对比表
土样编号取土深度 4%水泥改性土
击实试验（轻型）击实试验（重型）
最优含水率最大干密度最优含水率最大干密度
h wop ρdmax wop ρdmax
m % g/cm3 % g/cm3
1 1.0~3.0 18.0 1.71 15.0 1.89
2 1.0~3.0 18.1 1.68 14.9 1.88
3 1.0~3.0 17.8 1.67 14.0 1.85
4 1.0~3.0 18.9 1.66 15.0 1.83
5 1.0~3.0 18.8 1.67 14.
6 1.85
6 1.0~3.0 19.0 1.68 14.8 1.85
对比结果如下：室内重型击实试验最大干密度为1.83～1.89 g/cm3之间，现场碾压试验取样检测干密度大部分1.6～1.81 g/cm3之间，如采用重型击实试验指标控制现场施工，压实度很难达到98%要求。

3.5现场填筑参数的确定
由于轻型击实和重型击实试验得到的标准干密度均不能指导现场施工。

因此结合现场实际施工，暂确定填筑干密度γr应满足：
式中：β为设计根据工程需要确定的改性土压实度
γs标准击实试验最大干密度
γ6最有含水率下20t以上凸块碾振动碾压6遍对应的干密度4结论
（1）膨胀土中掺入水泥能够降低其膨胀性，自由膨胀率在56～65%之间，水泥掺量在5～6%之间，能将其膨胀率降到40%以下；自由膨胀率在40～55%之间，水泥掺量在3～4%之间，能将其膨胀率降到40%以下。

同时自由膨胀率不是随着水泥掺量的增加直线下降的，而是达到一定范围后，虽然水泥掺量增加，但自由膨胀率不在下降。

（2）轻型击实和重型击实试验得到的标准干密度均不能指导现场施工，如何在室内获得可以指导现场施工的标准干密度，还需要大量的实验研究。

作者信息：
姓名：高红力、韩洋
工作单位：中国水利水电第一工程局有限公司
邮编：467233
参考文献：
[1] 龚壁卫，高英，李靖.南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀岩土处理施工技术要求[g].南水北调中线干线工程建设管理局，2010.
[2] sl237-1999,土工试验规程.
[3] 冯平喜，路基压实度超百现象的探讨[j].科技情报开发与经济.2003,13(5).
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。