[科普中国]-水泥稳定法

水泥土加固机理

(1)物理作用：土块的机械粉碎作用，混合料的拌和、压实作用等。

(2)化学作用：水泥颗粒的水化、硬化作用，有机物的聚合作用，水泥水化产物与粘土矿物之间的化学作用等。

(3)物理—化学作用：粘土颗粒与水泥及水泥水化产物之间的吸附作用，微粒的凝聚作用，水及水化产物的扩散、渗透作用，水化产物的溶解、结晶作用等。由于开封风积沙土中含水量较大，水泥的水化和水解作用较为充分，产生具有胶结能力的水化产物。风积沙土中存在大量细粒土，具有非常高的比表面积，虽然对水化产生的胶凝产物具有强烈的吸附性，并对水化产物中的氢氧化钙也具有极强的吸附作用，影Ⅱ向水泥水化产物的稳定性，但大量颗粒细小、比表面积大的土的存在，使其具有较高的活性，离子交换作用较为明显，在一定程度上改变了土的塑性。最主要的是水泥分布在沙中，形成坚固的核心，在所有的空隙中形成水化水泥的骨架，借以约束沙粒。

影响因素水泥掺入量水泥土的强度随着水泥掺入比的增大而增加，尤其是当水泥掺入比大于10%后，强度增长非常明显，但其增长并不是呈线性的。学者汪海鸥等通过对水泥掺入量分别为0.5%、12.5%、10%、15%、20%的6种水泥土所进行的7d、28d、90d无侧限抗压强度试验1验证了这一现象。但水泥用量过多，虽然能获得更高的强度，但在经济上却不一定合理，效果也不一定显著，而且刚性过大容易开裂。在掺入水泥比较少时，水泥土的性质和土比较接近，表现为塑性破坏；掺入水泥比较多时，水泥土表现为脆性破坏，这在工程设计时应引起足够的重视。试验研究表明：开封地区风积沙土用掺入比6%的水泥进行稳定，水泥土劈裂强度为0.20MtM，7d抗压强度不小于0.6MPa，均能满足强度要求。当水泥剂量太小时，不能保证水泥稳定土的质量。而剂量太大时，不但不经济，还会使基层的裂缝增多、增宽，从而引起沥青面层的反射裂缝。所以必须科学控制水泥用量，做到技术、经济最优，以确保工程质量。

龄期在水泥稳定风积沙土中，水泥掺量很小，含水率高，并且含有大量粉土，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质——土的围绕下进行；沙也对这一过程影口向较大，沙的强度增长速率显然要比水泥混凝土小。其主要原因是：在水泥加固沙中，水泥用量相对较少，水泥的水化完全是在沙的围绕下进行，沙具有相对较高的亲水性，在水泥加固沙中出现“与沙争水”的现象；同时，沙颗粒中的粉粘粒成分对钙离子具有吸附作用，因此表现出水泥加固沙的强度增长要比水泥混凝土的强度增长慢。高含水率对水泥稳定风积沙土强度增长速度是有利的，但作用有限，其凝结速度和强度增长过程都比水泥混凝土缓慢。水泥土的强度随着龄期的增长而提高，并且早期强度增长较快，龄期超过28d后仍有明显增长。

含水率含水率对水泥稳定土强度影响很大，当含水率不足时，水泥不能在混合料中完全水化和水解，发挥不了水泥对土的稳定作用，影响强度的形成。同时，达不到最佳含水率也影响水泥稳定土的压实度。因此，在达到最佳含水率的同时，还要满足水泥完全水化和水解作用的需要。开封地区风积沙土含水量大，部分地区尚需要井点降水才能进行正常施工，水量完全满足水泥正常水化所需。但是开封地区常年多风，沙土表面极易失水，在施工过程中，还必须定期洒水养护，以利于水泥土强度增长。在含水率较低时，水泥水化反应不充分，随着含水率的提高，其强度明显增大。当含水率超过16%时，不利于水泥土的压实，其强度反而下降。在水泥土施工拌和过程中，专职试验人员应及时测定混合料的含水率，力求在最佳含水率条件下碾压，尽量避免由于含水率过大而出现“弹软”、“波浪”等现象，这均会影响混合料的密度和强度，增大混合料的干缩性，使结构层容易产生干缩裂缝或由于含水率偏小，使混合料容易松散，不易碾压成型，影响混合料的密度和强度。所以只有严格按规范施工，加强每个施工环节的质量控制，才能保证施工质量。

有机质含量有机质使土体具有较大的水溶性和塑性，并使土具有酸性。有机质特殊的结构特征会阻碍和延缓水泥水化产物的形成及其与粘土颗粒间的相互作用。随着有机质含量的增加，内摩擦角有明显减小的趋势，抗剪强度和无侧限抗压强度呈下降趋势，而压缩系数变化不大。因此，有机质含量高的土单纯用水泥加固一般效果较差。储诚富等2通过试验得到水泥土加固后的室内强度与有机质含量之间的定量关系，强度比随着有机质含量的增加大致呈线性降低。

施工工艺水泥、土和水拌和均匀，在最佳含水率下充分压实，使干密度达到最大，强度和稳定性提高。水泥土从开始加水拌和到完成压实的持续时间要尽可能短，一般要控制在6h以内，时间过长则水泥凝结。并且风积沙土表面极易失水而达不到最佳含水率，在碾压时达不到压实度要求，使得水泥土强度下降。

工程应用概况郑汴物流通道（开封境）区间全长4.953km，据钻探揭露，该场地地面下8m内的地层主要由第四纪全新统冲积而成的低液限粉土、低液限粘土及含细粒土组成，并且地下水位较高，常年多风，在地下水的浸泡和长期风载荷作用下，形成了独特的风积沙土地质。根据2006年修建郑开大道时的经验，路床土基强度及压实度不能满足结构要求。对路床采用30cm厚4%水泥处理后，效果良好，满足工程建设弯沉要求和沉降要求，而且施工比较方便，工程进度快。该项目也采用30cm路床处理，但采用6%水泥处治含水量及含泥量高的风积沙土。

应用事实证明风积沙土由于含水量较高，具有很好的路拌性能。而且路拌法可节约运输费用，加快工程进度，方案比选之后决定采用路拌法施工。

在工程应用时，首先是下承层隹备，主要工作内容为粗略整平。路拌机由两个轮控制左右平衡，一旦土层不平整，就会发生倾斜，拌和刀也随之倾斜，发生上翘，出现一端拌和深度不够，拌和不均匀或有夹层的现象。恢复中线后，根据中线按设计放路面边缘线和路肩线，并用白灰打出边线。按照所需厚度、宽度铺好路肩，使其坚硬密实，路肩内侧要切垂直。用水准仪找平后，两侧钉钢钎，挂钢绞线，以控制宽度和标高。采用缓凝型复合硅酸盐32.5MPa水泥。

水泥摊铺完成之后，路拌机就位进行作业，拌和要均匀，无夹层、无留底。路拌完成后，可采用履带式拖拉机、推土机或履带式挖掘机等机械进行整平和初压。进行履带稳压3～5遍。之所以用推土机履带稳压，是因为履带压后土层表面有凹槽，有利于整平时的补土，可以避免光面相接产生起皮现象。

含水量控制较难，特别是对这种塑性指数较小的风积沙土，水少则难以压实，水多又很容易翻浆。而其表层又极易失水，在摊铺水泥前及拌和后应洒水，根据含水情况用洒水车喷洒适量水，使表面湿润，但不可过湿，以免影响路拌机拌和。在碾压过程中结构层表面应保持潮湿，如表面层水分过度蒸发，应及时补洒适量的水，使填料充分吸收水分，严禁洒大量水碾压。碾压完成后应及时洒水保温养生，不得使稳定土表面出现干燥和忽干忽湿现象。

在碾压前要用平地机进行整平，以创造一个良好的碾压平台，使路面平整均匀。碾压时振动压路机第一遍错1/3轮迹，之后在原轮迹往返振压，然后错整轮迹。再用三轮压路机静压2～3遍，使表面平整密实，无明显轮迹。三轮压路机碾压时应重叠1/2后轮宽。