昂６，卺帚ｚ删 ｌ三峡大学学报（自然科学版） Ｊ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｕｎｉｖ．（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） ＶｏＩ．３７ Ｎｏ．２ Ａｐ ｒ．２Ｏ１５ ２０１５年４月 ＤＯＩ：１０．１３３９３／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ．１６７２—９４８Ｘ．２０１５．０２．０１０ 渠道边坡水泥改性土换填施工中若干问题探讨 宋玉才 焦家训 张玉莉 童 耀 赵二平 王乐华 （１．中国葛洲坝集团公司基础工程有限公司，湖北宜昌４４３００２） ４４３００２；２．三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌 摘要：针对南水北调工程中渠道边坡水泥改性土换填施工过程中遇到的问题，进行了水泥改性土 快速含水率测定方法以及水泥改性土标准干密度的试验方法研究．提出了采用微波炉法进行水泥 改性土快速含水率测定，解决了现场需要及时提供水泥改性土含水率数据以指导施工的难题．提 出采用“轻型击实”或“重型击实为模拟现场施工条件，水泥改性土的击实试验应在加水搅拌后延 时４ ｈ进行”，得出的最大干密度作为标准来控制水泥改性土现场碾压施工．该成果可以为类似工 程提供参考． 关键词：水泥改性土； 换填施工； 标准干密度； 碾压 中图分类号：ＴＵ４１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—９４８Ｘ（２０１５）０２—００４４—０３ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｓｏｍｅ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ Ｃｅｍｅｎｔ－Ｍｏｄｉｆｌｅｄ Ｓｏｉｌ Ｆｉｌｌｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｌｏｐｅ Ｓｏｎｇ Ｙｕｃａｉ Ｊｉａｏ Ｊｉａｘｕｎ Ｚｈａｎｇ Ｙｕｌｉ Ｔｏｎｇ Ｙａｏ Ｚｈａｏ Ｅｒｐｉｎｇ Ｗａｎｇ Ｌｅｉｈｕａ （１．Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｅｚｈｏｕｂａ Ｇｒｏｕｐ，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉ— ｎｅｅｒｉｎｇ ８Ｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｃｈｉｎａ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｕｎｉｖ．，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｌｏｐｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｏｕｔｈ－ ｔｏ—Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｊ ｅｃｔ，ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ—ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｏｉｌ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｗａｙ ｔｏ ｕｓｅ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｑｕｉｃｋｌｙ ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｔｉｍｅｌｙ ｔｏ ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｌｉｇｈｔ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｏｒ ｈｅａｖｙ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；ｃｅｍｅｎｔ—ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｏｉｌ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｄｏｎｅ ４ ｈｏｕｒｓ ａｆｔｅｒ ｍｉｘｉｎｇ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｎｄ ｈａｓ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｃｅｍｅｎｔ—ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｏｉｌ； ｆｉｌｌｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ； ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ； ｒｏｌｌｉｎｇ 南水北调工程规模巨大，举世瞩目，工程在安全 方面要求高，而膨胀岩（土）的问题是本工程的主要工 程地质问题之一．膨胀土（岩）吸水膨胀软化，失水收 料＿１ ］，对坡面和渠底进行保护处理．在水泥改性土施 工过程中，为确保水泥改性土的压实效果，需要随时 检测水泥改性土混合料的含水率是否满足要求．因 此，在水泥改性土施工过程中，需要进行大量的快速 缩干裂．外界环境稍微变化，即导致渠坡的失稳破坏， 对工程的安全运行影响很大．针对这一问题，在南水 北调工程中，水泥改性土广泛地作为渠道换填土 含水率测定以指导现场施工． 根据《土工试验规程》［９］及《公路工程无机结合料 收稿日期 ２Ｏ１４一Ｏ９—１６ ：基金项目 ：国家自然科学基金（５１１０９１２０）；宜昌市２０１３年研究与开发计划自然基础科学研究与应用专项（ＡＢ一３Ｏ２Ａ一０８）；三峡大学人才 启动基金（ＫＪ２０１２Ｂ０４１） 通信作者 ：宋玉才（１９７２一），男，教授级高工，博士研究生，主要从事水利工程施工与管理方面的工作．Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｕｃａｉ—ｓｏｎｇ＠１２６．ｃｏｍ 第３７卷第２期 宋玉才，等渠道边坡水泥改性土换填施工中若干问题探讨４５ 稳定材料试验规程》口 ，现有的含水率测定方法有烘 题，本文对水泥改性土快速含水率测定方法以及水泥 改性土标准干密度的试验方法进行了研究，提出了水 泥改性土的快速含水率测定方法以及水泥改性土现 场碾压标准干密度的试验方法． 箱烘干法及酒精燃烧法．采用烘箱烘干法进行水泥改 性土含水率测定，烘干至恒重一般需８ ｈ以上，无法 满足施工要求；采用酒精燃烧法进行操作时容易发生 水泥改性土混合料颗粒爆裂，造成试验误差较大．另 一方面，水泥改性土换填施工时，需要一定的压实度， １ 水泥改性土的快速含水率测定方法 １．１ 试验方法 而水利方面无适用的水泥改性土标准干密度确定方 法可用．《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》明 确规定，在击实时将稳定剂（水泥）加入浸润后的土料 中，拌和均匀后在１ ｈ内完成击实试验．而现场施工 本次试验参照，《土工试验规程》及《公路工程无 机结合料稳定材料试验规程》进行．室内拌和制备土 时，水泥改性土从拌和、运输到摊铺整平一般需要２～ ３ｈ，此时水泥与土中水分已开始发生水化反应，所以 存在着最大干密度标准事实上的不稳定，造成了压实 度检测结果的不确定性．如果施工中从拌和到压实完 成的时间间隔越大，则压实度检测的偏差就越大．文 样，确保制备的水泥改性土含水量及水泥拌和均匀， 根据试验规范中的方法取样，分别采用烘箱烘干法、 酒精燃烧法与微波炉法，将试样烘干至恒重，然后进 行对比分析．研究采用微波炉法进行快速含水率测定 的可行性，并制定相应的措施和试验方法、要求． Ｉ．２试验数据分析 献［１１］中，对水泥改性土的击实方法进行了分析，建 议郑西客运专线在水泥改性土施工前，进行水泥改性 土延迟击实试验．但并未给出延迟击实时间． 基于渠道边坡水泥改性土换填施工中的这些问 采用上述３种含水率检测方法检测数据见表１ 和表２． 表１含水率试验数据表 表２不同检测方法试验成果表 ２ 水泥改性土标准干密度的试验方法 ２．１试验方法 通过查阅国外水泥改性土击实标准和方法（锤重 ２．５ ｋｇ，落距３０ ｃｍ，３层，２５击／层［１ ；锤重４．５ ｋｇ，落 说明：以烘箱法为标准，微波炉法试验误差仅为０．６ ，平 行试验重复性误差满足要求．酒精燃烧法因燃烧过程中水泥 距４５ ｃｍ为模拟现场施工条件，水泥改性土的击实试 验应在加水搅拌后延时４ ｈ进行 ；锤重２．５ ｋｇ，落 距３０ ｃｍ，３层，２５击／层ｌ＿１ ；锤重４．５ｋｇ，落距４５ ｃｍ， 浸润后的土样加水泥搅拌，１ ｈ内完成击实 ），发现 一改性土颗粒爆裂，导致试验失败． 根据试验结果分析，采用微波炉法烘烤９ ｍｉｎ 后，相对烘箱法的误差为０．６ ，满足规范规定的平 行试验误差要求．烘烤１１ ｍｉｎ时，前后两次称量差小 于原试样质量的０．１ ，达到规范规定的恒定重量要 般都采用轻型击实标准，而当采用重型击实标准时 为了深入研究水泥改性土击实延迟时间对最大 应根据现场碾压情况，室内击实采用延迟试验的方法． 求．因此，本工程采用微波炉法进行水泥改性土含水 率试验的操作方法确定为用格兰仕微波炉，中火档连 续烘烤９ ａｉｒｎ，以两个试样平行试验的平均值为准．其 他试样准备、数据处理等过程同试验规程的烘箱法． 采用本方法时，应至少每周、更换微波炉时、发现试验 数据有出入时，及时与烘箱法进行对比试验． 干密度的影响，进行了击实延迟试验．即对每组试样 再分解成５组，拌和均匀后在１ ｈ、２ ｈ、３ ｈ、４ ｈ、５ ｈ完 成击实试验，依据试验结果绘制最大干密度、最优含 水率随时间的变化曲线，并与轻型击实试验数据及现 场所能达到的最大干密度对比． ２．２试验结果分析 试验结果见表４～６．从表中可以看出，随着击实 ４６ 三峡大学学报（自然科学版） ２０１５年４月 延迟时间的增长，水泥改性土最大干密度逐渐下降， 最优含水率逐渐增大．而轻型击实得出的最大干密度 １ ２ ３ ４ ５ 与重型击实延迟４ｈ得出的最大干密度持平，最优含 水率略大于重型击实结果． 表４水泥改性土重型击实延迟试验成果表 ４ ４ ４ ｝ｌ ｌ ２● ３● ３● ３● ４● ６ ９ ４ ２ ６ ；ｌ ｌ ● ● ● ● ● ９ ８ ８ ８ ８ Ｏ ９ ６ ４ １ 表５水泥改性土轻型击实试验成果表 １ ２ ３ ４ ５ 表６现场碾压取样干密度检测成果表（２０ ｔ振动碾碾压６遍） 试验水泥掺量实测含水率实测干密度 拌和至碾压 编号 ／ ／ ／（ｇ・ｃｍ ） 完成时间／ｈ ｌ ４ １５．２ １．８ｌ ３ ２ ４ １４．８ １．８Ｏ ３ ３ ４ １３．９ １．８Ｏ ４ ４ ｌ４．１ １．８１ ３．５ ４ ４ １５．６ １．８２ ２．５ ５ ４ １６．０ １．８３ ２ ４ ｌ５．５ ｌｌ ８４ ２ 通过上述试验，验证了水泥改性土随击实延迟时 间的增长最大干密度降低的问题，对现场碾压压实度 的确定造成了很大的影响．如严格按国内现有的《公 路工程无机结合料稳定材料试验规程》标准进行试验 得出的数据来控制现场施工，导致压实度达不到设计 要求，一味增加碾压遍数、增大碾压机械吨位，不仅浪 费资源，还易造成过压破坏．因此，提出采用“轻型击 实”或“重型击实为模拟现场施工条件，水泥改性土的 击实试验应在加水搅拌后延时４ ｈ进行”，得出的最 大干密度作为标准来控制水泥改性土现场碾压施工． 现场压实度在９８ ～１００ 之间，满足设计要求． ３ 结 论 通过以上的试验分析，得出以下结论： １）采用微波炉法进行水泥改性土含水率测定，解 决了烘箱法试验时间过长不适应现场生产的要求，同 时解决了酒精燃烧法水泥改性土颗粒容易发生爆裂 影响试验结果的问题，且其试验误差也在规范允许范 围内．解决了现场需要及时提供水泥改性土含水率数 据以指导施工的难题． ２）采用“轻型击实”或“重型击实为模拟现场施工 条件，水泥改性土的击实试验应在加水搅拌后延时 ４ｈ进行”，得出的最大干密度作为标准来控制水泥改 性土现场碾压施工．现场压实度在９８ ～１００ Ａ０之 间，满足设计要求．在进行大规模施工前，均需要进行 碾压试验，以确定铺土厚度、碾压遍数等参数指导施 工，而碾压试验一般拌和水泥改性土方量很小，拌和 至碾压结束时间远小于正常施工时所用时间．受水泥 改性土击实时间延迟问题影响，如采用“轻型击实法” 来确定最大干密度，在进行碾压实试验时，须控制拌 和至碾压结束时间与正常施工所用时间基本一致，避 免造成碾压试验确定的参数不能指导大规模施工． 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