改性土在渠道膨胀土处理中的应用

□刘红云（河南省光山县水利局水利水保技术指导站）

0 引言

膨胀土是一种含一定数量亲水矿物质（蒙脱石、伊利石、高岭石或混层结构）且随着环境的干湿循环变化而具有显著的干湿收缩、吸水膨胀和强度衰减的粘性土，有的裂隙很发育，且液限和塑性指数较大，压缩性偏低，在天然含水量状态下较坚硬，一般具有超固结性。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。

1 膨胀土改性的工作机理

水泥改性土，是指将一定比例的水泥掺入膨胀土土料之中以改善膨胀土的性质或结构，使膨胀土丧失膨胀潜能，并在一定程度上提高土体强度或承载力。

1.1 作用原理

因膨胀土具有遇水膨胀、失水干缩的特性，采用路拌机、稳定土拌和机等掺伴设备，在膨胀土料中掺入适量水泥，使二者充分拌合并发生物理及化学反应，改变膨胀土的力学性质，使其强度和水稳定性大大提高，膨胀性得到控制。碾压后形成换填层，一方面可隔离大气与膨胀土基础的直接作用，另一方面吸收基面的膨胀潜能，降低原膨胀土基础自身因含水量变化而产生的胀缩应力，防止膨胀土边坡产生滑坡。

1.2 南水北调渠道膨胀土处理方案设计

渠道膨胀土开挖后，清理建基面，采用先渠底后渠坡，分层铺设，进占法施工。施工过程中，应及时对填筑面及边坡进行洒水养护，防止水泥改性土沙化。在填筑过程中从拌合到碾压终了的延时时间≤4h。为做到处理层与边坡更好的结合，填料前，边坡面需开挖成小台阶状，台阶高为每一层铺土的厚度。

2 改性土换填施工

2.1 施工准备

土料检验及施工工艺试验，在施工之前，首先通过室内试验取得膨胀土土料的物理指标参数，包括粘粒含量、塑性指数、膨胀率、水泥掺量等。根据室内试验取得的参数，进行现场碾压工艺试验，确定碾压机械、铺土厚度、最优含水率、碾压变数等参数。这些参数在施工中需进行验证，并根据实际情况进行调整。

2.2 施工工艺流程

土料开采运输→碎土→水泥土拌制→运输→摊铺→碾压→取样检测

2.3 施工控制要点

一是土料破碎由土粒粒径级配控制，合格土块粒径级配为：最大粒径≤10cm,10～5cm粒径含量≤5%，5～5mm粒径含量≤50%；二是拌合称量按照水泥、水、土的掺量比例添加，按生产试验确定的机械运行控制参数充分拌合，并取样进行均匀性检测；三是碾压时采取进占法施工，由于受天气影响，填筑层表面风干较快，为保证层间接合，需对结合面进行洒水湿润；对于填土时运输车辆严格按照进占法施工，防止造成土料剪力破坏及弹簧土；四是为确保压实度，改性土铺土厚度要严格按照碾压试验要求控制，对于坡角压实度，需超填，超填土料宜按照1：1.50坡比放坡。具体换填土料碾压控制参数见表1。

表1 换填土料碾压控制参数表

3 施工质量控制措施

3.1 施工前质量控制措施

一是检查土料的自由膨胀率，从合格土料场取得的土料或从渠道本身获得的土料，试验室试验确定其自由膨胀率，对于对于自由膨胀率＜65%的膨胀土进行改性，且根据膨胀率确定水泥掺量；二是保证碎土粒径，粒径级配是决定改性土质量的关键环节；三是确定土的最优含水率，料场土料含水量控制在最优含水量-2%～+3%之间。

3.2 施工中质量控制措施

一是渠基清理，渠基基面不合格土及不良地质土全部清除，且无浮土；二是铺土时改性土的含水量控制，满足设计指标的前提下，方可施工；三是碾压施工时，推土机粗平，人工精平，表面平整度≤+5cm，采用进退错距法对土料进行碾压；行车速度2～3km/h；四是雨季施工注意天气变化，避免土料受到雨淋，降雨时停止施工，已摊铺的工作面尽快碾压密实，天气变化或隔夜施工时，采取防雨布对作业面覆盖；五是衔接面施工，改性土水泥掺量相同渠段结合面坡度≥1：6，不同水泥掺量≥1：10，且结合面挖成小台阶状。

3.3 施工后质量控制措施

一是压实度质量控制，每一层碾压完成后，试验室用环刀取样进行检测，其中每层取样≥3个点，每个点不少于两个环刀取样，合格率≥98%；二是超填边线质量控制为保证压实度，且考虑到碾压机械工作面的要求，改性土按1：1.50坡比放坡回填，根据不同换填厚度，同一层以设计外坡脚为基准，顶部超填宽度≥30cm。

4 结语

水泥改性土换填适用于处理膨胀土自由膨胀率＞20%的膨胀基础，特别是南水北调中线一期工程膨胀土渠线长，膨胀土面积大，膨胀土的自由膨胀率较大，水泥改性土是降低或消除膨胀土自由膨胀率的有效工程措施。水泥改性土处理膨胀土的膨胀性，既能保证工程质量，又能保证工程进度，可在大面积渠道膨胀土处理中推广使用。