碾压水泥土换填在土基处理中的应用

摘要：随着社会的进步，科技生产力的发展，对于湿陷性黄土地基处理的方法有许多种，如强夯、重夯、挤密桩、及水泥土换填等，均能起到消除湿陷性，增加地基承载力的效果。但最终采取何种方式，均需要考虑工程成本，施工环境等因素。这里结合南水北调汤阴段一座渠渠交叉建筑物的地基处理，对碾压水泥土换填的施工过程及质量控制要点做了简要介绍，对今后在特殊环境下进行地基处理可供参考。

关键词：水泥土碾压干密度含水率

1.前言

南水北调汤阴段淤泥河涵洞式渡槽，是一座大型渠渠交叉建筑物，上部渡槽输送总干渠流水，下部涵洞渲泄河道径流，渡槽轴线和涵洞轴线正交，工程等级较高，其中进出口段地质情况为土岩双层结构，上覆第四系重粉质壤土、卵石、黄土状重粉质壤土，下伏第三系泥灰岩、粘土岩及砂岩。其中渡槽进出口渐变段及闸室段多座落在黄土状重粉质壤土上，承载力标准值为fk=100Kpa，其强度不能满足设计要求，且具有轻微～中等湿陷性，需进行地基加固处理。

此段地基处理在初步设计及招标设计阶段，均计划采用强夯法进行地基处理，但由于该部位距村庄较近，强夯施工对村民干扰太大，后经参建各方协调，决定采用碾压水泥土换填的施工方案处理，由于此种方法在工程应用中经验较少，试验成果缺乏，加之无规程规范要求，故在施工中逐步摸索，探讨出了其施工工艺过程。

2.材料选择

土料：土料从建设单位提供的土料场开采，为中、重粉质壤土，不得含有冻土、膨胀土，土中有机质含量不得超过5%。

水泥：水泥采用同力水泥厂生产的PO42.5普通硅酸盐水泥。

水泥土：根据设计要求，水泥土中水泥掺量15%（重量），压实度0.98。通过击实试验，确定水泥土最大干密度1.69g/cm3，最优含水率19.8%，其中每立方水泥土中掺加水泥253kg，掺加土料1437kg。

3.施工机械

施工所用的主要机械有：YZ220型凸块振动碾、小松220型挖掘机、10T洒水车、ZL50型装载机、180型双轴双传动稳定土拌和机、100吨散装水泥仓（配计量系统）、20T自卸汽车、测量及试验设备各一套。

4.施工过程

4.1场地平整

采用平地机对开挖后的原始基面进行平整，并用振动碾碾压5遍，以达到设计要求。然后测量基础面高程，布置检测点，按5m×5m用白灰标出方格，以便控制铺土厚度，测量网点详细编号记录，按检测点测量起始高程。

4.2摊铺土料

将合格的填筑土料采用20T自卸汽车运输到现场，采用“进占法”铺土，用装载机进行辅助补料，在边角处采用人工进行补料，以达到铺土厚度和较为合理的级配。为保证振动碾表面能均匀的接触地面进行碾压，在铺土后用平地机进行平整，平整到规定的虚铺层厚，做到摊铺面纵向和横向平顺均匀，以达到理想的压实效果。铺土后按原控制点用白灰标出5m×5m方格，测量土料虚铺厚度，控制在23cm。

4.3摊铺水泥

散装水泥提前装入100T水泥仓，采用自动计量系统出料，三轮车运输至施工现场已铺好的土料处卸料，水泥用量根据土料的含水量及最大干密度进行计算，计算方法如下：

湿密度ρ湿和含水率W水通过试验得出

铺土体积V＝铺土厚度h × 铺土面积s

干土质量ρ干＝ρ湿×V/（1+W水）

水泥用量m＝ρ干×0.15/0.85

通过计算，每方格水泥用量约控制在1.25吨左右。水泥采用人工铁锹摊铺，铺设平整均匀。

4.4洒水拌合

水泥铺设完成后，采用180型双轴双传动稳定土拌和机进行搅拌，减小土块料径并拌和均匀，测定混合料的含水率，通过计算得出需要的加水量，采用10T洒水车进行洒水，并再次进行搅拌。对拌合后混合料的含水量应控制在“手握成团，落地不散”的情况较为合适。拌和后的混合料不应有大于15mm颗粒，如有应继续搅拌，通常须经过5～6遍能达到设计要求。

4.5碾压

碾压压实顺序按先两侧后中间，先静压、后弱振、最后静压的操作程序进行。

碾压采用YZ220型自行式凸块振动碾，技术参数：自重20T，功率132KW，行走速度一档2km/h，二档4km/h，三档10.5km/h。先进行静压2遍，使填料稳定，然后开始弱振2遍，最后再静压2遍，行走速度控制在2km/h。碾压采用进退错距法，进行条带式碾压，条带与主渠道轴线平行，相邻碾压轨迹及相邻材料连接处的碾压控制在30cm搭接，以保证无死角，无漏压，确保碾压的均匀性。

4.6检测

碾压完成后，恢复原控制点并用白灰标出5m×5m方格，测量最终的水泥土换填厚度，并取样检测。检测指标主要为干密度，并计算压实度。干密度检测采用环刀取样法，现场取样时首先清除碾压后的表土，取下部1/3的土料进行检测。取样采用双环刀法，在同一个检测部位取两个环刀样品，经试验室进行削平称量后，根据提前称量的环刀质量及体积，计算土料的湿密度。其计算公式如下：

ρ湿＝M湿/ V

其中：ρ湿水泥土的湿密度

M湿环刀中湿土的质量

V 环刀体积

从环刀中取部分土样约30g放入铝盒，采用酒精燃烧法进行水泥土含水量计算。燃烧前称量出土样质量m湿，倒入洒精以刚能淹没土样表面为准，进行点火燃烧，重复进行两次，烧去土样中的水分，进行称量，得出燃烧后的土样质量m干，从而计算出水泥土的含水率ω＝（m湿-m干）/ m干。

最后计算压实后水泥土的干密度：ρ干＝ρ湿/（1+ω）

压实后水泥土的压实度等于实测干密度除以标准最大干密度。

5.施工中的注意事项

水泥土施工中，水泥掺量是重点控制指标，在铺料前应根据实际铺土厚度来严格计算。在铺设过程中，标记的网格不能太大，一般控制在5m见方。

压实干密度值与含水率大小有密切的关系，干密度与含水率关系符合一般粘性土的压实规律，最优含水率时干密度达到最大值，实际施工中应控制在-2%～3%的范围内。

碾压过程中若出现压不实或是“弹簧土”现象，应重新调整含水率，对于已经形成“弹簧土”的部位要进行挖除。

在大方量进行水泥土换填施工之前，应进行碾压试验，以确定最终的碾压参