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摘 要： 在當前南水北調中新工程建設上有什么新的管理制度呢，同時當下工程建設的新發展模式有什么轉變呢?本文是一篇土木工程論文。我們也通過水泥改性土的室內試驗和現場碾壓試驗，確定了改性土的水泥摻量以及選定了合理的施工壓實參數，為后續大規模膨脹土渠段換填
在當前南水北調中新工程建設上有什么新的管理制度呢，同時當下工程建設的新發展模式有什么轉變呢?本文是一篇土木工程論文。我們也通過水泥改性土的室內試驗和現場碾壓試驗，確定了改性土的水泥摻量以及選定了合理的施工壓實參數，為后續大規模膨脹土渠段換填施工提供指導性依據。
摘要：根據南水北調膨脹土渠段處理相關技術要求，結合水泥改性土室內試驗，研究得出自由膨脹率在36%～45%之間的天然土料摻4%的P0425的普通硅酸鹽水泥能滿足水泥改性土控制指標要求，通過水泥改性土的室外碾壓試驗研究得出最優含水率為19.6%、最大干密度為1.72g/cm3、水泥摻量為4%的改性土，鋪土厚度為35cm，采用20t的自行式凸塊碾，行走速度控制在2～3km/h，碾壓8遍為最優施工參數組合。
關鍵詞：南水北調;水泥改性土;碾壓試驗;膨脹土渠段,土木工程論文
南水北調是國家的重要倡議性工程，施工戰線長，膨脹土工程地質隨處可見。膨脹土有顯著的干燥收縮、吸水膨脹和強度衰減特點，這種特殊性對工程危害性極大。對于渠道工程的危害主要表現為造成土(巖)層結構破壞從而引起邊坡的失穩，其結果直接影響輸水工程的安全運行，另外，目前我國在膨脹土(巖)地基上修建大型渠道的工程實踐經驗較少，因此膨脹土(巖)渠段施工是南水北調中線工程的關鍵技術難題之一。為解決膨脹土對渠坡穩定性的影響，對膨脹土(巖)渠段主要采用了對膨脹性渠床進行換填措施為主的處理方案。而施工工藝決定著施工質量的好壞，因此水泥改性土施工參數的確定尤為關鍵。
工程論文：《土木建筑工程信息技術》，《土木建筑工程信息技術》(季刊)創刊于2009年，是經國家新聞出版總署批準登記注冊，由中國科協主管、中國工程圖學學會主辦的國家一級刊物，面向國內外公開發行。本刊旨在全面反映國內外土木工程行業在圖學和信息技術方面的成果與動態，堅持理論與實踐并重，提高與普及兼容，推動土木工程行業信息化建設步伐，提升土木工程行業信息化整體水平。本刊是國內土木工程行業專門進行圖學和信息技術交流的惟一刊物，面向全國從事建筑、市政、道路、橋梁、交通、石化、電力等領域的設計、科研、施工和工程管理的廣大工程技術人員，以及工程類高等院校師生等。
一、工程實例
南水北調中線工程總干渠全長1427.17Km，涉及膨脹土渠段約340Km，以其中某一渠段為例：南水北調中線某工程位于河南省平頂山市魯山縣境內，起點樁號215+811，終點樁號229+262，全長為13.451km，該段涉及膨脹土(巖)分布區的長度為11.454km，約占渠道總長的85.2%，其中弱膨脹土渠段累計長9.748km;中膨脹土(巖)渠段累計長2.49km;強膨脹巖渠段累計長1.35km。
二、水泥改性土碾壓試驗研究
2.1水泥改性機理
水泥對膨脹土改性的機理，主要體現在以下幾個方面：
(1)水泥水化反應產生的C-S-H和C-A-H凝膠附著在顆粒表面，具有較強的膠結力并形成了Ca(OH)2;
(2)Ca2+與土顆粒表面吸附離子交換反應，使土顆粒吸水性能改進和團粒化，增加膨脹土的水穩定性;
(3)Ca2+、OH-滲透進入土顆粒內部，與粘土礦物發生物理化學反應，繼續生成膠凝物質，可減少親水粘土礦物的含量，并提高土顆粒間的連接強度。
2.2 室內試驗
自由膨脹率指標反映的是膨脹土物質成分的膨脹性能，與含水量、密度等狀態無關，故可作為判別水泥改性效果的主要指標。隨著對膨脹土認識的不斷加深，通過膨脹土特性試驗研究和實際工程情況，結合不同自由膨脹率天然土料改性土水泥摻量室內試驗控制指標參考值[1]詳見下表。
表1 不同自由膨脹率天然土料改性土水泥摻量室內試驗控制指標參考值
原狀土自由膨脹率α(%) 水泥改性土控制指標
28 天自由膨脹率(%) 標準擊實最大干密度(kg/m3 28 天飽和無側限
抗壓強度(kPa) 水泥摻量 S(重量比)
試驗參考摻量 最小值 摻量確定
序號 ① ② ③ ④ ⑤ 滿足①②③⑤要求
21～35 -- ≥1.67 ― 3% 3%
36～45 ≤0.70×α ≥1.66 ≥250 4% 3%
46～55 ≤0.65×α ≥1.65 ≥300 5% 4%
56～65 ≤0.60×α ≥1.63 ≥350 6% 5%
在上述工程實例中取代表性的土樣中測定的原狀土自由膨脹率情況為37.8%，分別摻入3%、4%水泥進行相關實驗，得出最優含水量在19.6%對應28d自由膨脹率、標準擊實最大干密度、28d飽無側限抗壓強度和水泥摻量等指標。詳見表2。
表2 不同水泥摻量水泥改性土室內試驗成果表
水泥摻量 28 天自由膨脹率(%) 標準擊實最大干密度(kg/m3) 28 天飽和無側限抗壓強度(kPa)
3% 19 1.74 260
4% 16 1.72 320
規定指標要求 ≤0.70×α ≥1.66 ≥250
備注：天然土料自由膨脹率α為37.8%
通過以上數據分析，水泥摻入3%和4%均能滿足要求，但水泥摻量3%試驗結果中28天飽和無側限抗壓強度接近上限。由于施工過程中影響因數較多，為滿足規定指標要求，能更好的指導水泥改性土后期施工，因此選定摻4%水泥改性土。
2.3 現場碾壓試驗
根據室內試驗成果摻入4%水泥進行現場碾壓試驗，碾壓試驗共分五場，通過前三場找出最佳施工參數，然后進行第四場變含水試驗和第五場復核試驗。
鋪土采用進占法，分別鋪筑厚度分0.30m、0.35m、0.4m三個碾壓條帶，每一個條帶采用20t凸塊振動碾碾壓，碾壓時采用進退錯距法，行走速度控制在2～3m/h，振動碾行走一次為一遍，每個碾壓條帶搭接寬度大于0.5m，依次碾壓4遍、6遍、8遍(根據實際壓實效果適當增減碾壓遍數);碾壓時先靜壓兩遍，然后進行振動碾壓。
試驗過程中記錄對不同的鋪土厚度和不同壓實遍數進行干密度試驗，經整理并繪出壓實遍數和干密度、壓實度的關系曲線如下圖，最后根據設計干容重，并結合上述曲線計算出最優碾壓組合(鋪土厚度、碾壓遍數、最優含水率)。
根據以上數據分析：(1)鋪料30cm，碾壓6遍，可滿足設計要求，但接近下限，繼續增加碾壓遍數，碾壓6遍、8遍后，壓實度均能滿足設計要求， 且已無明顯增長，因此鋪料30cm時，宜碾壓8遍。
(2)鋪料35cm，壓實度隨碾壓遍數的增加而變大，碾壓4遍，不能滿足設計要求，繼續增加碾壓遍數，碾壓后6遍后，壓實度滿足設計要求，但接近下限，繼續增加碾壓遍數可提高壓實效果，所以在鋪料35cm的條件下，碾壓遍數宜控制在8遍。
(3)鋪料40cm，碾壓4遍、6遍后，壓實度均不滿足設計要求，因此繼續增加碾壓遍數，碾壓8遍后，可滿足設計要求，但接近下限。因此鋪料40cm繼續增加碾壓遍數。
圖1碾壓遍數與干密度關系圖
圖2碾壓遍數與壓實度關系圖
通過前三場試驗的對比，得出摻4%水泥的改性土，鋪料厚度35cm，碾壓8遍，相對最優。因此選取該參數進行復核試驗及變含水試驗。在變含水試驗中采用含水率為ω+1%(ω：最優含水率。)，ω+3%，分別碾壓8遍后，進行壓實度檢測均可滿足設計要求(設計指標≥98%)。第五場試驗通過以上確定的相對最優參數進行進行復核試驗，并加大取樣數量。得出摻4%水泥改性土，鋪料厚度35cm，碾壓8遍，此參數可行。
2.4 碾壓試驗成果
通過上述試驗組合，擬定現場施工參數如下，見表3。