膨胀土水泥改性及填筑施工方法技术

一种膨胀土水泥改性及填筑施工方法，包括如下步骤：第一步、进行改性材料基本性状试验；第二步：开挖料含水率速降、土团破碎施工；第三步：碎土含水率、土团级配施工质量检测；第四步：水泥掺拌施工；第五步：水泥改性土均匀性施工质量检测；第六步：水泥改性土碾压填筑施工；第七步：水泥改性土填筑施工质量检测；第八步：常规养护。本发明专利技术根据测得土料天然含水率ωo选择不同的破碎施工工法进行土团破碎施工，能满足水泥渗拌均匀对土团级配、含水率要求，在水泥拌和施工中采用先均匀拌和水泥，然后增补3%～5%水份，保证水泥改性土碾压填筑时含水率在最优含水率附近，同时提出水泥改性土碾压填筑施工时间要求，保证改性水泥土填筑质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及膨胀土治理
，具体是一种膨胀土水泥改性及填筑施工方法。
技术介绍
一、膨胀土工程危害我国是世界上膨胀土（岩）分布范围最广，面积最大的国家之一。自上世纪五十年代以来，我国陆续发现膨胀土危害的地区已达20余个省、市、自治区，几乎涵盖了除南海以外所有陆地，各地的膨胀土虽在物质成分和成因等方面不完全一样，但其共有的膨胀特性是一致的。膨胀土是一种遇水膨胀、失水收缩，具有多裂隙性、超固结性、崩解性、风化性，极易受气候和环境影响剧烈变化的特殊土，使膨胀土地区的建筑、铁路、公路、机场、水利工程等经常遭受巨大的破坏，造成重大的经济损失。因此，在膨胀土地区开展工程建设，首先要考虑如何处理膨胀土的问题。二、膨胀土治理方法膨胀土处理工程措施最常用的方法，将建筑物一定深度范围的膨胀土采用非膨胀土换填，但前提是当地有可用的土料。由于膨胀土多因沉积形成，往往在较大地域范围内均由膨胀土构成，要找到合适的非膨胀土料，需要在更远的地区运土，一方面增加了工程投资，另一方面工程的开挖料也只能作为弃料处理，这无论从经济角度还是保护生态环境角度都是不利的。因此，改性膨胀土工程特性一直以来都受到国内外学术界和工程界的高度重视。目前改性膨胀土主要划分为以下三类：①含水量控制法：通过一定防、排水措施，避免膨胀土水分状态发生较大变化，从而减小膨胀土胀缩变形；②换填法：主要是用非膨胀粘性土或改性后的膨胀土对表层一定深度的膨胀土进行换填，消除干湿循环对边坡土体的影响，同时，还可以起到一定的柔性支挡作用；③锚固支挡：通过加筋、锚固、支护等方法，加固边坡土体，提高边坡的稳定性。其中，换填法化学改性膨胀土，常用的方法包括石灰改性、水泥改性、工业矿渣（粉煤灰）及其它改性材料等等。石灰改性膨胀土作为路基填筑是公路和铁路部门使用最多的方法，施工工艺及效果经过多年的试验研究及应用，已相对较成熟；工业矿渣（粉煤灰）与膨胀土掺和的改性效果较差，与掺入量相关性明显，多采用与水泥或石灰同时掺和的方法；各种类型土壤固化剂，比如国内的CMA固化剂，HPZT膨胀土改性剂等，因改性原理不同，效果也有较大差异。三、水泥改性膨胀土机理根据有关文献研究，水泥改性拌和工艺较石灰改性困难，应用不如石灰广泛和成熟，但水泥改性土效果比石灰改性土要明显。水泥改性膨胀土的机理主要体现在：①水泥水化反应产生的C-S-H和C-A-H凝胶附着在颗粒表面，具有较强的胶结力并形成了Ca(OH)2；②Ca2+与土颗粒表面吸附离子发生阳离子交换反应，使土颗粒吸水性能改进和团粒化，增加膨胀土的水稳定性；③Ca2+、OH-渗透进入土颗粒内部，与粘土矿物发生物理化学反应，继续生成上述胶凝物质，可减少亲水粘土矿物的含量，并提高土颗粒间的连接强度。四、水泥改性膨胀土施工问题专利技术人在实现本专利技术的过程中发现水泥改性膨胀土施工主要存在以下两方面问题：（1）水泥改性均匀性问题：为了保证膨胀土水泥改性效果，施工中水泥与土料拌和应充分均匀。水泥与土料拌和越均匀，发生化学反应就越充分，改性的效果就越好，如果拌和水泥不够均匀，必然会造成局部的灰剂量过低或过高，易导致改性土受大气影响产生不均匀胀缩变形。目前，施工中影响水泥掺拌均匀主要有两个因素：①在膨胀土地区，地下水位高，开挖料含水率常常远大于塑限值，在掺入水泥很容易聚集，不易拌和；②膨胀土属高液限粘土，透水性差、土块易板结、开挖料存在大量超大土团，在水泥掺拌的过程中，土团内部是无法掺入水泥的。为消除上述不利影响因素，施工中将开挖料含水率降得越低、土团破碎越细水泥掺拌越容易均匀，但过低过细处理则需要投入成倍施工成本和工期。（2）水泥改性土填筑施工问题：水泥改性土填筑施工不同与其他常规土方填筑，水泥改性土搁置（或闷料）时间如果过长，会影响碾压填筑后土体强度特性，主要原因是水泥水化反应产生的附着在颗粒表面凝胶物质在压实过程会破坏土颗粒胶结，这对改良土的强度、压实密度影响极不利。另外，水泥改性土在掺灰到碾压填筑过程中，土料含水率由于水泥土在化学反应过程中产生大量的热量，加速了水分蒸发，不能保证碾压填筑施工土体含水率保持在最优含水率附近。
技术实现思路
针对现有技术的上述不足，本专利技术提供一种膨胀土水泥改性及填筑施工方法，可以实现开挖料高含水率速降、超大土团破碎，提高了水泥拌和均匀性，保证了膨胀土水泥改性效果及改性土料填筑质量。一种膨胀土水泥改性及填筑施工方法，包括如下步骤：第一步、进行改性材料基本性状试验测试开挖膨胀土料天然含水率ωo、塑限含水率ωp、自由膨胀率δ，根据自由膨胀率δ判别膨胀等级：65%≤δ<90%为中膨胀土，40%≤δ<65%为弱膨胀土；进行室内击实试验，确定水泥改性土料最大干密度ρdmax和最优含水率ωop，作为水泥改性土碾压填筑施工压实度计算值；进行室内EDTA二钠滴定试验，确定土料“EDTA消耗量～掺灰量”的标定曲线，作为水泥改性土水泥掺量测试标准；第二步：根据第一步测得土料天然含水率ωo选择不同的破碎施工工法进行土团破碎施工，当ωo≤ωp时，直接采用破碎机碎土；当ωo＞ωp+2%时，采用翻土机+破碎机组合碎土；当ωp＜ωo≤ωp+2%时，采用简易钢蓖筛+破碎机组合碎土；第三步：碎土含水率、土团级配施工质量检测对第二步破碎施工质量进行检测，碎土含水率和土团级配应满足碎土施工控制标准，其中碎土含水率控制标准为：不大于土料塑限值ωp；土团级配控制标准为：最大土团“粒径”不超过80mm，80mm～20mm土团“粒径”不超过30%，＜5mm细土团“粒径”不少于20%，如检测不合格则返回第二步；第四步：水泥掺拌施工先按设计水泥掺量，将第三步合格破碎土料，拌和水泥形成水泥改性土，拌和时间不少于1分钟；然后按照质量比在水泥改性土中雾喷增补3%～5%水份，弥补施工期间土料含水率损耗；第五步：水泥改性土均匀性施工质量检测对第四步施工的水泥改性土进行EDTA滴定检测水泥掺量，并满足水泥掺拌均匀标准差评定要求，即弱膨胀土标准差不大于0.7，中膨胀土标准差不大于0.5，如检测不合格则返回第四步；第六步：水泥改性土碾压填筑施工水泥改性土碾压填筑施工应在现场碾压试验基础上进行，碾压试验要求4h内完成，根据碾压试验确定的碾压机具吨位、碾压铺厚、碾压遍数等施工参数进行现场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膨胀土水泥改性及填筑施工方法，其特征在于包括如下步骤：第一步、进行改性材料基本性状试验测试开挖膨胀土料天然含水率ωo、塑限含水率ωp、自由膨胀率δ，根据自由膨胀率δ判别膨胀等级：65%≤δ<90%为中膨胀土，40%≤δ<65%为弱膨胀土；进行水泥改性土室内击实试验，确定水泥改性土最大干密度ρdmax和最优含水率ωop，作为水泥改性土碾压填筑施工压实度计算值；进行室内EDTA二钠滴定试验，确定土料“EDTA消耗量～掺灰量”的标定曲线，作为水泥改性土水泥掺量测试标准；第二步：根据第一步测得土料天然含水率ωo选择不同的破碎施工工法进行土团破碎施工，当ωo≤ωp时，直接采用破碎机碎土；当ωo＞ωp+2%时，采用翻土机+破碎机组合碎土；当ωp＜ωo≤ωp+2%时，采用简易钢蓖筛+破碎机组合碎土；第三步：碎土含水率、土团级配施工质量检测对第二步破碎施工质量进行检测，碎土含水率和土团级配应满足碎土施工控制标准，其中碎土含水率控制标准为：不大于土料塑限值ωp，土团级配控制标准为：最大土团“粒径”不超过80mm，80mm～20mm土团“粒径”不超过30%，＜5mm细土团“粒径”不少于20%，如检测不合格则返回第二步；第四步：水泥掺拌施工先按设计水泥掺量，将第三步合格破碎土料，拌和水泥形成水泥改性土，拌和时间不少于1分钟；然后按照质量比在水泥改性土中雾喷增补3%～5%水份，弥补施工期间土料含水率损耗；第五步：水泥改性土均匀性施工质量检测对第四步施工的水泥改性土进行EDTA滴定检测水泥掺量，并满足水泥掺拌均匀标准差评定要求，即弱膨胀土标准差不大于0.7，中膨胀土标准差不大于0.5，如检测不合格则返回第四步；第六步：水泥改性土碾压填筑施工水泥改性土碾压填筑施工应在现场碾压试验基础上进行，碾压试验要求4h内完成，根据碾压试验确定的碾压机具吨位、碾压铺厚、碾压遍数等施工参数进行现场施工；第七步：水泥改性土填筑施工质量检测对第六步施工质量进行检测，检测内容为压实干密度、含水率，满足设计压实度要求，如检测不合格则返回第六步或参照相关施工规程规范处理；第八步：常规养护水泥改性土碾压填筑完工后，按设计要求进行养护；其中，水泥改性土碾压填筑施工时间要求：第五步～七步施工、检测的时间应在4小时内完成。...

【技术特征摘要】
1.一种膨胀土水泥改性及填筑施工方法，其特征在于包括如下
步骤：
第一步、进行改性材料基本性状试验
测试开挖膨胀土料天然含水率ωo、塑限含水率ωp、自由膨胀率
δ，根据自由膨胀率δ判别膨胀等级：65%≤δ<90%为中膨胀土，
40%≤δ<65%为弱膨胀土；进行水泥改性土室内击实试验，确定水
泥改性土最大干密度ρdmax和最优含水率ωop，作为水泥改性土碾压
填筑施工压实度计算值；进行室内EDTA二钠滴定试验，确定土料
“EDTA消耗量～掺灰量”的标定曲线，作为水泥改性土水泥掺量测
试标准；
第二步：根据第一步测得土料天然含水率ωo选择不同的破碎施
工工法进行土团破碎施工，当ωo≤ωp时，直接采用破碎机碎土；当
ωo＞ωp+2%时，采用翻土机+破碎机组合碎土；当ωp＜ωo≤ωp+2%
时，采用简易钢蓖筛+破碎机组合碎土；
第三步：碎土含水率、土团级配施工质量检测
对第二步破碎施工质量进行检测，碎土含水率和土团级配应满足
碎土施工控制标准，其中碎土含水率控制标准为：不大于土料塑限值
ωp，土团级配控制标准为：最大土团“粒径”不超过80mm，80mm～
20mm土团“粒径”不超过30%，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鸣，龚壁卫，刘军，程展林，倪锦初，唐文坚，宋建平，牟伟，徐丽珊，赵峰，饶勇，周密，张治军，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42