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4%-FC-5碾压试验报告(水泥改性土)(最终)

落 南水北调中线一期工程总干渠方城段第五施工标段4%水泥改性土碾压试验成果报告

南水北调中线一期工程总干渠陶岔～沙河南（委托建管项目）
方城段第五施工标段

4%水泥改性土碾压试验成果报告

批准：
审核：
编制：

河南省水利第二工程局南水北调中线工程方城段五标项目部

二O一二年二月

4%水泥改性土碾压试验成果报告
1.工程概况
南水北调中线一期总干渠陶岔～沙河南（委托建管项目）方城段第五施工标段，起点桩号152+311，终点桩号159+982，方城5标全长为7.671km；各类建筑物15座，包括：1座河渠交叉建筑物，2座左岸排水建筑物，2座渠渠交叉建筑物，1座分水口门，1座节制闸，5座公路桥，3座生产桥。
主体工程主要工程量：土石方开挖约560万m3，土石方填筑约62万m3，混凝土约14万m3，钢筋约0.70万t，金结安装约597t，复合土工膜约50万m2。其中渠道152+311～154+311处为弱膨胀土，原土的平均含水率在15%～20%之间，平均自由膨胀率36%。按设计要求，自由膨胀率小于65%的弱膨胀土方可使用并严格控制土块粒径，本标段水泥改性土换填段为154+011～156+221、159+061～159+720，换填长度约2869m，水泥改性土换填方量约6万m³。
2.试验目的
2.1、通过碎土工艺试验确定本碎土工艺能否满足设计土料粒径相关控制指标：土块粒径不大于10cm，其中10cm～5cm粒径不大于5%，5cm～0.5cm粒径含量不大于50%。
2.2、通过水泥改性土拌和试验，确定水泥改性土的技术参数：土料含水率范围、水泥掺量、拌和均匀性、拌制工艺。
2.3、通过碾压试验取得合理的碾压遍数、铺土厚度、干密度及土料含水率等参数，以核实土料设计填筑标准的合理性，确定达到设计填筑标准的压实方法，来指导154+011～156+221和159+061～159+720段水泥改性土填筑施工。
3.编制依据
3.1、《土工试验规程》SL/T237-1999
3.2、《南水北调中线一期工程总干渠填方渠道施工技术规定（试行）》NSBD-ZGJ-1-36
3.3、《南水北调中线一期工程总干渠水泥改性土施工技术规定（试行）》NSBD-ZGJ-1-37
3.4、《南水北调中线一期工程渠道工程施工质量评定验收标准（试行）》NSBD7-2007
3.5、《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工技术要求》NSBD-ZXJ-2-01
3.6、《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工工法》NSBD-ZXJ-4-01
3.7、《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工监理实施细则》NSBDZXJ-4-02
3.8、设计通知《水泥改性土、水泥土补充施工技术要求》（2011）长南河委设技规字第011号
3.9、《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51-2009
3.10、《土样和试样制备》SL237-002-1999
3.11、《堤防工程施工规范》 SL260-98
3.12、《渠道防渗工程技术规范》SL18-2004
3.13、《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129-2001
3.14、《工程建设标准强制性条文（水利工程部分）》
3.15、《岩土勘察规范》GB 50021-2001
3.16、《建筑地基与基础工程施工及验收规范》GB 50202-2002
3.17、《膨胀土地区建筑技术规范》GBJ 112-87
3.18、《招标文件》
3.19、《设计施工图纸》
4.试验室试验过程及结果
4.1、土料采用渠道152+311～154+311处开挖的可利用弱膨胀土土料约25000m³，土料平均自由膨胀率36%，用挖掘机开挖，自卸汽车运输至153+820稳定土拌和站备土区。
4.2、水泥采用方城县宛北P.O42.5普通硅酸盐水泥。技术指标如下表：
表1
检验项目
标准稠度用水量（%）
安定性
凝结时间
抗压强度
初凝(min)
终凝(min)
抗压(Mpa)
抗折(Mpa)
检验指标
27.8
合格
97
210
3d
28d
3d
28d
24.5
51.4
5.2
7.7
4.3、试验方案、设备及试验项目：
4.3.1、试验方案：现场碾压试验之前，为查明用于碾压试验的土料基本性质，试验室人员对153+820稳定土拌和站备土区土料进行取样。对水泥改性土击实试验确定该类填筑土料的最大干密度和最优含水率。改性土含水率控制在-2%～3%之间，进行填筑碾压试验；超出范围的根据现场实际情况进行翻晒或补水，试验室人员在室内配置水泥含量分别为0%、2%、4%、6%、8%的水泥改性土土样，用EDTA滴定法检测，并绘制出标准曲线。
4.3.2、试验设备如下表 表2
设备仪器
型号
数量
电子天平
LT1002E、LT202
各1台
台秤
称量5kg感量1g
1台
液塑限联合测定仪
LG-100D
1台
电动重型击实仪
JZ-2D
1台
量筒
50ml
10支
滴定设备
/
1套
EDTA试剂
/
2000ml
土工筛
0.075mm-60mm
1套
自由膨胀率仪
/
1台
4.3.3、试验项目：自由膨胀率、界限含水率、击实试验、水泥剂量滴定试验。
4.3.4、水泥改性土室内试验检测数据汇总表：
表3
土样来源
水泥掺量（%）
最优含水率（%）
最大干密度（g/cm3）
原土
自有膨胀率
液限
塑限
塑性
指数
153+820稳定土拌和站备土区
4
15.3
1.80
36
40.8%
18.5%
22.3

4.3.5、①不同水泥掺量的水泥改性土28天自由膨胀率试验检测数据比对表：
表4
土样来源
水泥掺量
自由膨胀率
28天自由膨胀率
153+820稳定土拌和站备土区
3%
36
22
153+820稳定土拌和站备土区
4%
36
18
153+820稳定土拌和站备土区
5%
36
13
② 通过室内试验配制同样含水率的素土，然后分别掺入3%、4%、5%
不同剂量的水泥后得出含水率的变化曲线：

③ 通过室内试验配制4%水泥改性土，做出0h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h与EDTA消耗量的关系曲线：

④ 通过室内击实试验，水泥改性土的最大干密度与时间的关系曲线如下：

通过室内试验及参考《南水北调中线一期工程总干渠水泥改性土施工技术规定（试行）》NSBD-ZGJ-1-37得出结论，渠道152+311～154+311可利用土水泥掺量为4%时，改性后能够达到规范要求;改性后4%改性土最大干密度1.80 g/cm3，最优含水率15.3%。
5.现场试验过程
5.1、试验场地
在稳定土拌和站附近段清理出一块长40m×宽30m试验场地，首先为确保试验场地基础的平整和坚实，在规划的场地范围内对原基础清理后，进行压实，经取样检测压实度平均值大于0.98，压实度达到设计要求，场地可用于碾压试验。然后按不同的含水率和碾压遍数划分为30m×20m的2个试验区，测量人员用白灰线放出试验场地。
每个试验区分不同的含水率（共2种：W1、W2）进行划区，W1区土料含水率为13.3%～15.0%、W2区土料含水率为15.1%～17.8%。按不同的铺土厚度（25cm、30cm、35 cm）与不同的碾压遍数（共3种： N6、N8、N10），进行组合碾压试验。3个不同碾压遍数、同一铺土厚度、同一含水率的试验组作为一个试验组合。
现场制备两种含水率范围的土料进行碾压试验。
5.2、试验土料选用153+820稳定土拌和站备土区土料。
5.3、试验时间2011年11月14日~2011年11月16日。

图1填筑试验场地布置图（单位m）
5m
5m
10m
W2
W1

5.4现场试验的工艺流程如下图
压实度达到要求
不合格
不合格
压实度未达到要求
试验场地准备、测量放线
碎土、水泥土拌制、运输
摊铺、初平
洒水或晾晒
松铺厚度、宽度、含水量、平整度检查
碾 压
压实度、沉降值检测
试验成果分析

合 格

5.3、现场组织机构及人员
现场负责人：王昶磊
现场施工员：熊浩
现场质检员：邓道勇、郭宗超
现场试验员：宋歌、王平安、刘洋
安全员： 曹俊
机械操作员：6人
5.4、现场试验主要设备表

试验用机械及仪器设备配置计划表
序号
机械名称
单位
数量
用途
状态
1
东方红LR4MC-T77-1旋耕机
台
1
碎土
良好
2
WDZ-600型稳定土拌和站
台
1
拌和
良好
38
50E/3装载机
台
1
上料
良好
4
卡特323DL挖掘机
台
1
开采土料
良好
5
15t自卸汽车
辆
4
运输
良好
6
推土机
台
1
摊铺碾压
良好
7
SR20MK凸块振动碾
台
1
碾压
良好
8
洒水车
台
1
洒水
良好

15kg电子秤
台
1
称量
良好

600g电子天平
台
1
称量
良好

筛子
套
1
检验土的粒径
良好

皿盒
个
50
称量
良好

水泥改性土滴定试验仪器
套
1
滴定
良好
9
微波炉
台
1
烘干
良好
5.5、主要设备性能
自行式凸块振动碾
型号：SR20MK型，自重：20.0t，振轮尺寸、直径×宽度：1.57×2.10（mm），振动频率（HZ）：28-32，激振力（KN）：410/300，振幅（mm）：1.9/0.95，额定功率（KW）：132；
5.6、试验过程
5.6.1、测量放线
在各试验单元布置的网格测点，测出基底处理后的原地面高程，用浅白灰划出网格，并在填筑区外设置控制基桩，用水准仪测量、记录初始厚度与相对高程。
5.6.2、碎土
从152+311～154+311开采可利用土料，翻晒至含水率适宜的弱膨胀土料1800m3，并拢堆覆盖彩条布，避免含水率发生变化，影响试验结果。
用装载机将已堆放好的1800m3土料摊铺均匀，摊铺厚度20cm，用旋耕机碎土3遍，施工人员计时并统计碎土方量，用10cm、5cm、0.5cm孔径筛进行筛分，并记录筛余量；试验结果详见下表：
筛分试验检测记录表
序号
孔径
（cm）
筛余量
（kg）
筛余百分比
（%）
累计筛余量
（kg）
累计筛余百分比
（%）
1
10
0.00
0.0
0.00
0.0
2
5
0.56
2.2
0.56
2.2
3
0.5
12.19
47.3
12.75
49.5
4
0.5以下
13.60
52.7
25.79
100.0
5.6.3水泥改性土拌和、运输
水泥改性土拌和采用水泥改性土拌和机拌制，拌合称料系统按水泥改性土土工试验报告的参数自动控制土料、水泥和水的重量。出料后进行EDTA滴定法检测水泥掺量及含水量检测。检测合格的水泥改性土装车运至试验作业面。
5.6.4、试验段铺料
试验段铺料厚度控制分别为25±2cm、30±2cm、35±2cm，摊铺试验层尺寸为30×20m。摊铺平整前在试验场地外两侧各拉一条铺料厚度参照标记线，线距地面高度分别为25cm、30cm、35cm，作为摊铺平整时控制厚度的参照。摊铺平整采用推土机，平整完成，在对应测量点测量铺料厚度，对于不满足铺料厚度要求处采用平地机结合人工平整，直至满足要求的铺料厚度25±2cm、30±2cm、35±2cm。
5.6.5、洒水或晾晒
在土方运输、平整、碾压过程中水分会散失，填料中的含水量应控制在最优含水量的+1%～+3%，为保证填料在合理的含水量范围碾压达到最佳效果，当含水量过低时，通过分层喷水润湿来提高填料的含水率。
5.6.6、碾压
料填筑和推土机摊铺初平完成，松铺厚度、平整度符合试验要求后，立即开始用凸块振动碾（SR20MK）分层压实。
行车速度根据土料情况控制在慢速档，碾压采用进退错距法碾压，为避免漏压，严格控制错距宽度，错距在前进时控制，后退时按原路返回。进为一遍，后退为一遍。
错距宽度可按下式控制：
b=B/n 式中：b 错距宽度m； B 碾滚净宽m； n 设计碾压遍数
进退错距法碾压示意图如下：
在第一段碾压试验区先上一层含水率13.3%～15.0%的土料25cm厚，先静压2遍，然后振动碾压4、6、8遍，在累计碾压6、8、10遍后分别取样12组，测定干密度。然后在同一区域铺同一含水率土料25cm、30cm、35cm厚，累计碾压6、8、10遍后，再分别进行取样。第一段碾压结束后，在第二段碾压试验区，按上述方法进行含水率范围在15.1%～17.8%的土料碾压。
5.6.7、沉降观测
实测铺料厚度及碾压后的厚度观测结果见下表：
最终平整完后所测得的试验层铺料厚度及碾压后厚度
分区
设计铺料厚度
（cm）
测点编号
实测松铺料厚度
（cm）
碾压遍数
碾压后实测厚度
（cm）
W1
25±2
1
25
6
17.8
2
26
18.9
3
25
18.2
4
24
17.8
5
24
17.4
W1
30±2
1
29
6
23.8
2
31
24.1
3
30
23.7
4
32
24.7
5
30
24.3
W1
35±2
1
37
6
29.9
2
35
28.8
3
36
29.5
4
35
29.7
5
34
29.0
最终平整完后所测得的试验层铺料厚度及碾压后厚度
分区
设计铺料厚度
（cm）
测点编号
实测松铺料厚度
（cm）
碾压遍数
碾压后实测厚度
（cm）
W2
25±2
1
27
8
18.9
2
26
18.2
3
24
17.6
4
25
17.9
5
25
18.0
W2
30±2
1
30
8
22.7
2
32
23.9
3
28
22.3
4
30
22.5
5
31
24.1
W2
35±2
1
37
8
28.3
2
35
26.7
3
35
27.8
4
35
27.7
5
34
26.9
5.6.8质量控制
5.6.8.1结合面处理：在碾压时，受天气影响，填筑层面风干很快，为保证层间结合，在进行上一层铺土施工之前，需要对结合面进行洒水抛毛处理。
5.6.8.1参数控制：水泥掺量、拌和均匀度、土料含水率、粒径、拌和遍数直接影响水泥改性土的质量。在制备水泥改性土时必须严格按照室内试验参数进行拌制。
5.6.8.1取样检测：碾压完成后立即进行环刀取样，检测水泥含量、含水率、干密度、压实度等指标是否达到控制指标。
.6.8.1含水率控制：水泥改性土的含水率宜高于最佳含水率的1.0%~3.0%，以补偿在摊铺及碾压过程中的水分损失。
5.7、碾压试验取得的数据分析
a、取样试验
每一试验组合碾压完成后，选用500cm3的环刀取样，现场称量，先计算其碾压后土料的湿密度，然后取代表试样，采用恒温箱烘干，称量干土重量，最后整理数据，计算土样干密度。
b、试验取得数据
每一种铺土厚度，不同碾压遍数的试验组分别取12个，共取样162个。经采集数据，整理、统计、计算所测试样的含水率及干密度如下表：

遍数
干密度
含水率　
铺土25cm厚
铺土30cm厚
N6
N8
N10
N6
N8
N10
13.3%～15.0%
1.77
1.79
1.80
1.78
1.80
1.80
15.1%～17.8%
1.75
1.78
1.79
1.76
1.79
1.80
遍数
干密度
含水率　
铺土35cm厚

N6
N8
N10
/
/
/
13.3%～15.0%
1.78
1.80
1.79
/
/
/
15.1%～17.8%
1.76
1.79
1.80
/
/
/

从上述统计表及干容重与碾压遍数关系曲线图中可看出，对两种含水率范围的土料，铺土厚度为25cm及30cm，碾压遍数为8、10遍的碾压组合碾压效果较好。
c、碾压试验数据分析
对铺土25cm、30cm、35cm，碾压遍数6遍、8遍、10遍的碾压试验组所取得的数据进行整理分析：
铺土25cm、30cm，35cm碾压6遍、8遍、10遍干密度统计表 单位:g/cm3
分区
序号
铺土25cm
铺土30cm
铺土35cm
6遍
8遍
10遍
6遍
8遍
10遍
6遍
8遍
10遍
W1
1
1.77
1.79
1.80
1.75
1.78
1.79
1.72
1.76
1.77
2
1.78
1.79
1.79
1.76
1.78
1.80
1.74
1.77
1.78
3
1.77
1.79
1.80
1.74
1.77
1.79
1.74
1.75
1.79
4
1.78
1.79
1.81
1.75
1.78
1.78
1.73
1.75
1.78
5
1.77
1.79
1.79
1.75
1.78
1.79
1.74
1.76
1.79
6
1.77
1.79
1.81
1.74
1.78
1.79
1.73
1.77
1.78
7
1.77
1.80
1.79
1.75
1.78
1.79
1.74
1.76
1.79
8
1.77
1.79
1.79
1.75
1.78
1.79
1.73
1.77
1.78
9
1.77
1.80
1.80
1.74
1.80
1.79
1.74
1.78
1.78
10
1.79
1.79
1.77
1.74
1.78
1.79
1.74
1.76
1.79
11
1.77
1.80
1.78
1.75
1.78
1.80
1.74
1.77
1.78
12
1.77
1.79
1.78
1.75
1.77
1.79
1.74
1.76
1.79
平均值
1.77
1.79
1.80
1.75
1.78
1.79
1.74
1.76
1.78
W2
1
1.77
1.78
1.81
1.78
1.80
1.80
1.73
1.76
1.79
2
1.79
1.80
1.80
1.77
1.81
1.81
1.74
1.76
1.79
3
1.78
1.79
1.79
1.76
1.79
1.82
1.73
1.77
1.80
4
1.78
1.80
1.79
1.77
1.80
1.80
1.74
1.79
1.79
5
1.77
1.80
1.79
1.76
1.78
1.79
1.72
1.78
1.80
6
1.78
1.81
1.80
1.78
1.79
1.80
1.74
1.78
1.79
7
1.78
1.78
1.82
1.75
1.81
1.82
1.74
1.77
1.80
8
1.79
1.79
1.81
1.77
1.79
1.80
1.74
1.77
1.79
9
1.78
1.80
1.79
1.77
1.79
1.79
1.73
1.76
1.79
10
1.78
1.80
1.80
1.76
1.80
1.80
1.73
1.77
1.78
11
1.78
1.82
1.81
1.75
1.78
1.81
1.73
1.77
1.79
12
1.78
1.82
1.81
1.76
1.79
1.80
1.73
1.77
1.78
平均值
1.78
1.80
1.80
1.76
1.79
1.80
1.74
1.77
1.79
铺土25cm、30cm、35cm，碾压遍数8遍、10遍的碾压试验组干密度分布频率：
干密度分布范围(g/cm3)
铺土25cm
铺土30cm
铺土35cm
碾压6遍
碾压8遍
碾压10遍
碾压6遍
碾压8遍
碾压10遍
碾压6遍
碾压8遍
碾压10遍
个数
频率%
个数
频率%
个数
频率%
个数
频率%
个数
频率%
个数
频率%
个数
频率%
个数
频率%
个数
频率%
1.72以下
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1.72～1.73
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
11
45.8
0
0
0
0
1.74～1.76
0
0
0
0
0
0
18
75.0
0
0
0
0
13
54.2
10
41.7
0
0
1.77以上
24
100
24
100
24
100
6
25.0
24
100
24
100
0
0
14
58.3
24
100
累 计
24
100
24
100
24
100
24
100
24
100
24
100
24
100
24
100
24
100
从以上干密度分布频率表中可看出，铺土25cm厚、碾压6、8、10遍所测得干密度达到1.76 g/cm3以上的频率为100%。保证率较高, 可以满足要求。铺土30cm厚、碾压8、10遍所测得干密度达到1.76 g/cm3以上的频率为100%。保证率较高，可以满足要求。铺土35cm厚、碾压10遍所测得干密度达到1.76g/cm3以上的频率为100%。保证率较高，可以满足要求。
d、确定最优碾压组合
分析、比较以上三组效果较好的碾压试验所测干密度数据分布频率表后可得出：含水率在13.3%~17.8%范围内，铺土25cm碾压8遍、铺土30cm碾压8遍均能满足要求，铺土35cm碾压10遍也能满足要求。
综合分析试验结果，满足南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工技术要求；选择最优施工碾压技术参数铺土30cm采用凸块振动碾（SR20MK）碾压8遍（进退各为一遍），干密度达到1.76 g/cm3以上的频率为100%，为最优碾压组合。
e、复核试验
用所选定碾压遍数、铺土厚度，及控制含水率范围内的土料，进行了一次复核试验，碾压结果均满足设计、施工要求，因此我方认为上述选取的碾压参数可确定为施工碾压参数。
复核试验取得土料的碾压干密度数据：共取样12组，含水率分布在14.0%~15.6%之间，干密度分别为1.78、1.80、1.78、1.81、1.77、1.78、1.79、1.77、1.81、1.80、1.78、1.78g/cm3; 全部达到1.76g/ cm3。
5.8.现场描述
现场观察碾压试验情况，无黏碾、弹簧、涌土、表面龟裂现象，无剪切破坏现象；采用水准仪严格控制铺土厚度。
经检查上、下层土层结合良好，无明显分层现象。
6.附件
击实试验报告
碎土工效试验记录表
碎土工艺试验记录表
拌和工效试验记录表
水泥改性土中水泥剂量检验记录表
水泥改性土EDTA滴定曲线
土工试验报告
水泥复检报告
自由膨胀率记录表
碾压试验照片
河南省水利第二工程局南水北调中线工程方城段五标项目部
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