南水北调工程中水泥土换填质量的控制

　　摘 要：由于膨胀土特殊的吸水膨胀软化、失水收缩干裂、反复涨缩变形等特点和广泛的分布，使其被视为工程的世界难题，膨胀土处理在南水北调中线工程中也是一个施工难点和重点，水泥土换填作为南水北调中线工程膨胀土处理的主要措施，其施工质量是工程安全运行的保证。文章结合辉县七标的水泥土换填施工，从原材料的质量指标到水泥土换填施工的各个工序讨论了质量控制要点。
　　
　　关键词：膨胀土；回填；质量控制方法。
　　
　　1 概括。
　　
　　膨胀土是一种特殊的黏土，具有吸水膨胀软化、失水收缩干裂、反复涨缩变形等特点，若不处理会对渠道工程造成严重破坏；膨胀土在南水北调沿线分布广泛，若对弱膨胀土进行改性处理加以利用具有充分利用开挖料、少开采土料、少弃土，节约工程占地等优点，对推进工程的顺利进行、保护环境具有重要的意义；目前常用的膨胀土改性措施有掺加水泥、石灰、粉煤灰及化学固化剂等方式，南水北调中线工程采用的是掺加一定比例的水泥对弱膨胀土进行改性。南水北调中线干线工程辉县段第七施工标段共 7.90 km（桩号为Ⅳ108+000~Ⅳ115+900），其中2.50 km长的渠段需进行水泥改性土换填处理，换填方量约为18万m3,工程开采南陈马取土场土料掺入4%的水泥改性后进行换填。
　　
　　2 原材料质量控制。
　　
　　一是水泥：选用P.O42.50普通硅酸盐水泥。二是土料：粘粒含量宜为10%~30%,塑性指数宜为7~17,有机质含量≤5%,水溶盐含量≤3%,自由膨胀率一般在20%~40%之间，粒径≤50mm,且不含杂质。三是水泥掺量：通过膨胀土试验参数及相关要求确定为4%（重量比）。四是粗砂垫层：采用连续级配，粒径<7.50×10-2mm的颗粒含量应≤5%,最大粒径<2 cm.要求不均 匀 系 数 Cu>5,曲 率 系 数 Cc=1~3,要 求 D15≥4d15,且D15≥0.10 mm,满足滤土、排水要求，压实后相对密度≥0.70.
　　
　　3 施工工序。
　　
　　施工准备→排水措施埋设→取土料、粉碎、含水量调整→拌制→运输→摊铺→碾压→质量检测合格后进行下一层填筑。
　　
　　4 质量控制要点。
　　
　　4.1 施工准备质量控制。
　　
　　水泥土拌和站安装调试完毕，并经过碎土、拌和试验确定土料含水量、碎土、拌和相关参数；通过现场碾压试验确定铺土厚度、碾压遍数等相关参数。填筑基面清理干净，不良地质土全部清理干净、填筑范围内的坑、槽、井等处理完毕并经过验收。
　　
　　由于膨胀土易风化，根据施工进度安排开挖保护层后应尽快组织后续施工，尽早换填覆盖；为提高处理层与被保护坡面结合质量，被保护边坡面需开挖成小台阶，台阶高为每一层铺土碾压厚度。
　　
　　4.2 排水设施埋设质量控制。
　　
　　水泥土换填段设计了多种排水措施，主要为在渠底水泥土换填层下部设置10 cm厚的粗砂垫层，渠坡埋设三维排水网垫；排水系统通过软式透水管相连，并由逆止阀将水排出。
　　
　　排水设施除必须按照设计要求严格控制质量外，还应特别注意各种排水设施必须按照设计相连通；软式透水管周边粗砂回填时既要保证回填相对密度，又要保证软式透水管完好；软式透水管与三通相连接处要用土工布包裹严实，以防沙粒堵塞透水管；为防止扎丝锈蚀，绑扎土工布要用尼龙线，而不建议采用铁丝等。
　　
　　4.3 水泥土制备质量控制。
　　
　　水泥土制备包括取土、碎土、拌和、运输等工序。密切监测进入碎土场土料的含水量变化情况，通过翻晒、风干、洒水湿润等措施调整含水量，破碎后的合格土料级配为，最大粒径≤10cm,5~10 cm粒径含量≤5%,5~50 mm粒径含量≤50%（不计姜石含量），如碎土颗粒不满足要求，则应采取调整筛孔尺寸筛分剔除、调整碎土生产工艺及控制参数等措施，直至满足粒径要求，满足要求后才能够进行拌和，碎土工序后的合格土料不再进行堆放或倒运，宜直接进入拌和设备进行改性土拌和。
　　
　　水泥土拌和设备的称量系统需按照相关规范进行计量检定或校检，确保计量准确。根据土料重量掺入4%的水泥和确定比例的水，拌和完成后，在出机口取样检测水泥含量、含水率等指标，检测质量合格后运往填筑现场，在施工初期每拌和批次≤600 m3,水泥改性土抽检≥6个样（每个样品重量≥300 g），施工中、后期可适当减少检测频次。水泥改性土成品料的质量通过样品水泥含量的平均值与水泥含量标准差评价评定，水泥含量采用EDTA 滴定法测定，其水泥掺量平均值不得<4%,标准差≤0.70.
　　
　　4.4 水泥土填筑质量控制。
　　
　　4.4.1 水泥土摊铺质量控制。
　　
　　水泥改性土换填过程中要做好原边坡的保护措施，在水泥土摊铺前将扰动土清理干净，确保回填质量。
　　
　　为确保外坡角压实度及碾压机械的工作面要求，改性土铺料时需超填，以同一层设计外坡脚为基准，顶部超填宽度≥30cm,超填土料宜按照1∶1.50 坡比放坡，超填部分可作为换填层的保护层。
　　
　　改性土换填时，应特别注意不同填筑段搭接部位的施工质量，若被改性土料及改性土水泥掺量相同，结合面坡度应沿渠道轴线方向≥1∶6,若被改性土料及改性土水泥掺量不同，结合面坡度应沿渠道轴线方向≥1∶10;搭接部位的填筑应在渠道断面方向的超填土料削坡之前完成，填筑时应清除沿渠轴线方向已填部位的超填土料，并进行开蹬处理，开蹬高度为每一层铺土的碾压厚度。
　　
　　根据碾压试验的结果，水泥改性土填筑施工的松铺厚度为30 cm,采用进占法铺料并摊平，采用插标识杆的方式来控制摊铺厚度，局部采用人工平整，保证摊铺厚度均匀。
　　
　　4.4.2 水泥土碾压质量控制。
　　
　　采用凸块碾沿平行渠道轴线方向前进、后退全振错距法进行碾压，行走速度不超过2~4 km/h,开始碾压时用慢速，碾迹重叠≥20 cm,对于边角接头处大型机械碾压不到、易漏压的地带、排水措施四周、桥墩等建筑物周边采用人工连环套打打夯法进行夯实，不得漏压。根据碾压试验结果，采用26 t自行式凸块碾，先静压两遍，再进行动压6遍（凸块碾一来一回各为一遍）。
　　
　　水泥改性土施工时，要根据现场天气和土体含水量情况对填筑面采取适当的保护措施。当填筑面土体含水量偏高时，应及时进行翻晒或摊铺风干作业，以降低土体含水率；当填筑面土体含水量偏低时，应及时根据填筑面及填筑边坡土体含水量情况进行洒水养护，以防水泥改性土砂化，并在填筑面的自由水被土体充分吸收后方能进入下一道作业程序；碾压时，若出现弹簧土、松散土、起皮等不良现象，应及时挖除，并放坡重填。
　　
　　4.4.3 水泥土的维护养生质量控制。
　　
　　水泥土填筑完成的渠段要及时进行洒水养生。每层填土完成碾压后，宜在4 h 内完成质量检测，在6-8 h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施工期的保护措施，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，降雨时应停止施工，对已摊铺的工作面应尽快碾压密实、封面并进行防雨覆盖，以防止表面积水。
　　
　　4.5 水泥土压实质量检测。
　　
　　水泥改性土压实度采用环刀法在试坑中下部取样进行检测，按照1次/100~200 m3,且每层≥3个点的频率取样。按照设计要求水泥土压实度为98%.
　　
　　5 施工组织。
　　
　　由于在土体中掺入4%的水泥，所以水泥改性土换填施工工序多并有较严格时间限制，一般要求每层填土完成碾压后的4h 内完成质量检测，6-8 h内完成上土覆盖，这就要求在施工前做好施工组织工作，否则会对施工质量产生不利的影响。
　　
　　在施工前要根据水泥土拌和设备的生产能力和换填施工强度要求，确定合理的施工计划，根据计划计算从施工准备到摊铺、碾压、质量检测等各工序的人员、机械配置，使各工序的施工能力相协调，形成流水作业。施工期间务必做好各工序间的衔接、协调，尽量减少不必要的搭接。
　　
　　6 结语。
　　
　　水泥土换填作为南水北调中线工程膨胀土处理的主要措施，其施工质量是工程安全运行的保证，但与一般的土方填筑相比施工条件要求高，施工工序多，质量控制难，所以施工单位各部门及各参建单位要协同合作，各负其责做好施工协调、工序验收、质量检测等工作，确保施工的顺利推进和质量有效控制。