摘要：目前国内外少见水泥改良土石技术的研究，急需相关研究来补充该部分技术的空白，推动软土地基改良技术的发展。本文依托于九江港彭泽港区红光作业区综合枢纽物流园一期工程主体土建工程YW1标段项目，针对其地基含水率高、压缩性高、力学强度低等特性，采用水泥进行改良，发现水泥土石改良与水泥土改良类似，在实践时各生产参数基本一致。

关键词：深厚软土地基;水泥土石改良;固化机理

水泥改良土石与水泥改良土的固化机理相似，且存在成功的工程实例，但水泥改良土石技术理论的发展严重滞后。水泥改良土石技术方面存在施工工艺理论对现场施工指导意义弱的问题。本文主要对深厚软土水泥稳定土石改良关键技术与应用进行研究，针对深厚软土地基工程的地基改良提供合理可行的技术方案。

1、工程概况及土石层情况

九江港彭泽港区红光作业区综合枢纽物流园一期工程主体土建工程YW1标段项目，位于九江市彭泽县红光作业区综合枢纽码头工程后方600m纵深陆域范围内，项目区域土层属深厚软土地基，主要由杂填土、素填土、粉细砂、淤泥质粉质黏土等组成，该类土具有含水率高、压缩性高、力学强度低等特点，工程性质极差。

项目通过清淤清表和抛填碎石将淤泥质土清除，并对整个场区强夯置换。强夯置换后，原状土与换填料挤压形成表层土石层。置换墩处缝隙较大，受雨季雨水和汛期影响，雨水直接通过置换墩开山石缝隙渗入，沿周边土层缝隙向周围土层扩散。通过现场开挖及抽排水沟验证，强夯置换后，现状土表面层约1-1.5m范围内，受雨水渗入浸泡，土层含水率大。

2、水泥土固化机理

水泥土强度增强是一个复杂的物理、化学变化过程，作用方式主要分为5个部分，分别是团粒化作用、硬凝作用、结晶作用、原土改良性、碳酸化作用。

水泥稳定硬化过程中水解和水化反应发生极早，反应发生后，水泥土中生成各种水化物，有的自身继续硬化，形成水泥骨架;有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒继续反应。

硬凝作用是水泥水解水化生成含铝和硅的硬凝固化物，在颗粒状时和在常温下发生反应，生成具有硬凝效果的新物质，随着其逐渐硬化，增大了水泥土的强度，而且由于结构比较致密，水分不易侵入，从而也使水泥土具有足够的水稳定性。

结晶过程中对水泥土硬化的贡献表现在随时间的增长盐类结晶的发展，结晶过程还包含团粒化的状态，通过阴阳离子的磁性激发，最终形成连续的晶体，同样起到骨架的作用。

原土改良性是指普通硅酸盐水泥直接被用来改善软粘土的工程特性。水泥可以通过两个方面降低软土的塑性，一是提高塑限，二是降低液限。作用机理为侵蚀粘土矿物，溶解粘粒中的和，粘粒成分参加这样的反应，导致了粘土中的和矿物成分含量的减少，直接降低其本身的塑性和遇水膨胀性。

碳酸化作用则是泥水化物中的吸收水中的和与空气中的作用生成。这种反应也能使土固结，提高土的强度，但比硬凝反应的作用要差。

3、水泥土石固化影响因素

参考水泥土硬化机理，水泥土石的的硬化影响因素可从水泥土强度增强的5个作用进行探讨。团粒化作用发生时，水解和水化反应为强度增长主要因素，影响水解和水化反应的主要参数是土体含水量、水泥掺量和水泥中氧化物的含量范围。从国内外的统计来看，普通硅酸盐水泥熟料中各氧化物含量范围大致不变，故主要研究水泥掺量和土体含水率的影响效果即可。硬凝反应可看作水解和水化反应的后续阶段，参与硬凝作用的反应物是水解和水化反应的生成物，故硬凝作用的效果很大程度也取决于土体含水量和水泥掺量。结晶作用的发生依赖于水解和水化反应和硬凝反应中生成的固化产物、土体中原本的盐类和自由水。水泥对原状土塑性的改良性则由水泥土石的水泥含量决定，水泥含量少时，水泥土石的强度主要由塑性改良的粘土粒决定，水泥含量多时，水泥土石的强度主要由硬凝作用生成的固化矿物形成的硬凝骨架决定。碳酸化作用中，由于游离状的含量有限，考虑到吸收空气中的量同样有限，碳酸化作用存在，但是对水泥土硬化形成的强度贡献是十分有限的。

综上所述，水泥土石硬化的作用发生依赖于水解和水化反应和水泥对原状土的直接改良性。水解和水化反应的生成物是后续各类作用发生的反应物或前置条件，生成物多少决定着其他作用的走向和在整体硬化过程中的贡献占比，所以水泥掺量和土样含水率是水泥土石硬化的重要影响因素。

4、试验段施工与结果分析

4.1施工技术

水泥土石改良现场施工前，对现状土层开挖排水沟，排出土层内自由水。针对含水率大的区域进行翻挖晾晒，翻挖过程中，清除大粒径石块。将翻挖出来的石块换填至水泥改良层以下的软弱层，并根据现场实际需要对软弱土层换填块石或者片石，保证路基整体稳定性。

水泥改良土石厚度1米，采用路拌法分层填筑，下面层70cm，分三层填筑，每层压实厚度23.3cm，上面层30cm.，一层填筑到设计标高，水泥采用Q32.5普通硅酸盐水泥。

水泥摆放前，测定土层含水率，含水率最大不能大于最佳含水率6%，水泥掺量分别选择5%、6%、7%、8%、9%、10%，水泥摊铺均匀后采用翻耕机进行现场翻拌，次数不少于3次，翻拌均匀后用平地机进行道路精平，摊铺整平到位后，采用不小于18t的振动压路机进行碾压，控制碾压遍数和速度，碾压时遵循”先轻后重，先静后振，先低后高，轮迹重叠，先慢后快的原则”。

4.2结果分析

水泥掺量对水泥改良土石施工的影响：根据现场水泥改良试验段施工和弯沉值检测结果，水泥掺量为5%时，检测弯沉值，不满足设计回弹模量要求;水泥掺量为8%时，改良后通过检测弯沉值，满足设计回弹模量要求;水泥掺量超过8%，弯沉值有所减少但不明显;水泥掺量为6%时，通过检测弯沉值，反算回弹模量在35-40MPa之间。综合考虑，现场改良时选择上面层30cm土石水泥掺量为7%，下层70cmt水泥掺量为6%。

含水率对改良土石施工的影响：改良土质天然含水率较高，最佳含水率为11.5%，但以该含水率控制时，改良土石施无法良好板结，碾压后填土压实度达不到96%的压实要求。根据现场观察和测量，当含水率小于13%，路基改良土石板结效果较差，当13%<含水率<14.7%，改良效果较好，但不能满足设计压实度96%要求，当14.7%≤含水率≤15.9%，改良效果好，且压实度能够满足设计要求，15.9%<含水率，改良效果开始下降。因此，改良土石施工除考虑自然挥发、水泥水化吸水提高填料含水率2%～3%外，还可考虑水泥硬凝作用、结晶作用时水分的参与，将施工时土石料含水率提高至最佳含水率以上3%～4%。

5、结论

本文从水泥土的硬化机理出发，考虑水泥土和水泥土石的硬化机理类似，对水泥土石改良的影响因素进行探讨。另外，通过在红光物流园项目现场试验和对试验数据分析，得到的结果是水泥土石改良现场施工技术可参照水泥土改良技术，且施工土样含水率以比最佳含水率提高3%～4%为佳。

参考文献

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