4%FC-5碾压试验报告(水泥改性土)(最终)
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：
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二 O 一二年二月
落
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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》
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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
凝结时间 检验项目 标准稠度用水量（%） 安定性 初凝(min) 终凝(min) 抗压(Mpa) 3d 检验指标 27.8 合格 97 210 24.5 51.4 5.2 7.7 28d 抗折(Mpa) 3d 28d 抗压强度
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
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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
设备仪器 电子天平 台秤 液塑限联合测定仪 电动重型击实仪 量筒 滴定设备 EDTA 试剂 土工筛 自由膨胀率仪 型号 LT1002E、LT202 称量 5kg 感量 1g LG-100D JZ-2D 50ml / / 0.075mm-60mm / 数量 各1台 1台 1台 1台 10 支 1套 2000ml 1套 1台
表2
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
最优含 水泥掺 土样来源 量（%） （%） 153+820 稳定土 拌和站备土区 4 15.3 1.80 水率 最大干密 度 （g/cm3） 自有膨 胀率 36 40.8% 18.5% 22.3 液限 塑限 指数 原土 塑性
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水泥土剂量曲线
30.0
EDTA二钠
标准溶液消耗量（ mL）
20.0
y = 2.425x + 2.5 R2 = 0.9871
10.0
0.0 0 2 4
水泥土剂量(%)
6
8
10
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 153+820 稳定土拌和站备土区 153+820 稳定土拌和站备土区 153+820 稳定土拌和站备土区 水泥掺量 3% 4% 5% 自由膨胀率 36 36 36 28 天自由膨胀率
22 18 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：
含水率与水泥剂量关系曲线 20.2 20.0 19.8 19.6 19.4 19.2 19.0 0 1 2 3 4 5 6 水泥剂量（%）
含水率（%）
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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：
EDTA消耗量与时间的关系曲线 14 12 10 8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 时间（h）
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：
EDTA消耗量（ml）
最大干密度与时间的关系曲线
最大干密度（g/cm ）
3
1.82 1.80 1.78 1.76 1.74 1.72 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 时间（h）
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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
W1
10m
W2
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5m
落
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5.4 现场试验的工艺流程如下图
试验场地准备、 测量放线
碎土、 水泥土拌制、 运输
摊铺、初平
不合格
洒水或晾晒
不合格
松铺厚度、宽度、含水量、平整度检查
合 格
碾
压
压实度未达到要求
压实度、沉降值检测
压实度达到要求
试验成果分析
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
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试验用机械及仪器设备配置计划表 序号 1 2 38 4 5 6 7 8 机械名称 东方红 LR4MC-T77-1 旋耕机 WDZ-600 型稳定土拌和站 50E/3 装载机 卡特 323DL 挖掘机 15t 自卸汽车 推土机 SR20MK 凸块振动碾 洒水车 15kg 电子秤 600g 电子天平 筛子 皿盒 水泥改性土滴定试验仪器 9 微波炉 单位 台 台 台 台 辆 台 台 台 台 台 套 个 套 台 数量 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 50 1 1 用途 碎土 拌和 上料 开采土料 运输 摊铺碾压 碾压 洒水 称量 称量 检验土的粒径 称量 滴定 烘干 状态 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 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；
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试验结果详见下表： 筛分试验检测记录表 序号 1 2 3 4 孔径 （cm） 10 5 0.5 0.5 以下 筛余量 （kg） 0.00 0.56 12.19 13.60 筛余百分比 （%） 0
.0 2.2 47.3 52.7 累计筛余量 （kg） 0.00 0.56 12.75 25.79 累计筛余百分比 （%） 0.0 2.2 49.5 100.0
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
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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）
1 2 W1 25±2 3 4 5 1 2 W1 30±2 3 4 5 1 W1 35±2 2
25 26 25 24 24 29 31 30 32 30 37 6 35 6 6
17.8 18.9 18.2 17.8 17.4 23.8 24.1 23.7 24.7 24.3 29.9 28.8
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3 4 5
36 35 34
29.5 29.7 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）
1 2 W2 25±2 3 4 5 1 2 W2 30±2 3 4 5 1 2 W2 35±2 3 4 5 5.6.8 质量控制
27 26 24 25 25 30 32 28 30 31 37 35 35 35 34 8 8 8
18.9 18.2 17.6 17.9 18.0 22.7 23.9 22.3 22.5 24.1 28.3 26.7 27.8 27.7 26.9
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、
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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
铺土 25cm 厚 N6 1.77 1.75 N8 1.79 1.78 铺土 35cm 厚 N6 1.78 1.76 N8 1.80 1.79 N10 1.79 1.80 / / / N10 1.80 1.79 N6 1.78 1.76
铺土 30cm 厚 N8 1.80 1.79 N10 1.80 1.80
干密度 含水率
13.3%～15.0% 15.1%～17.8%
遍数 干密度 含水率
/ / /
/ / /
13.3%～15.0% 15.1%～17.8%
W1区 干密度与碾压遍数关系曲线
1.80 1.79
干密度（g/cm3）
1.78 1.77 1.76 1.75 1.74 1.73 6 8 10
碾压遍数
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W2区 干密度与碾压遍数关系曲线
1.81 1.80
干密度（g/cm ）
1.79 1.78 1.77 1.76 1.75 1.74 1.73
6 8 10
3
碾压遍数 25cm 30cm 35cm
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：
3 铺土 25cm、30cm，35cm 碾压 6 遍、8 遍、10 遍干密度统计表 单位:g/cm 铺土 25cm 铺土 30cm 铺土 35cm 序号 6遍 8遍 10 遍 6遍 8遍 10 遍 6遍 8遍 10 遍 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
分区
W1
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落
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平均值
W2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
平均值
1.77 1.77 1.79 1.78 1.78 1.77 1.78 1.78 1.79 1.78 1.78 1.78 1.78 1.78
1.79 1.78 1.80 1.79 1.80 1.80 1.81 1.78 1.79 1.80 1.80 1.82 1.82 1.80
1.80 1.81 1.80 1.79 1.79 1.79 1.80 1.82 1.81 1.79 1.80 1.81 1.81 1.80
1.75 1.78 1.77 1.76 1.77 1.76 1.78 1.75 1.77 1.77 1.76 1.75 1.76 1.76
1.78 1.80 1.81 1.79 1.80 1.78 1.79 1.81 1.79 1.79 1.80 1.78 1.79 1.79
1.79 1.80 1.81 1.82 1.80 1.79 1.80 1.82 1.80 1.79 1.80 1.81 1.80 1.80
1.74 1.73 1.74 1.73 1.74 1.72 1.74 1.74 1.74 1.73 1.73 1.73 1.73 1.74
1.76 1.76 1.76 1.77 1.79 1.78 1.78 1.77 1.77 1.76 1.77 1.77 1.77 1.77
1.78 1.79 1.79 1.80 1.79 1.80 1.79 1.80 1.79 1.79 1.78 1.79 1.78 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：
铺土 25cm 干密度分布范围 (g/cm ) 个数 1.72 以下 1.72～1.73 1.74～1.76 1.77 以上 累 计 0 0 0 24 24 频率% 0 0 0 100 100 个数 0 0 0 24 24 频率% 0 0 0 100 100 个数 0 0 0 24 24 频率% 0 0 0 100 100 个数 0 0 18 6 24 频率% 0 0 75.0 25.0 100 个数 0 0 0 24 24 频率% 0 0 0 100 100 个数 0 0 0 24 24 频率% 0 0 0 100 100 个数 0 11 13 0 24 频率% 0 45.8 54.2 0 100 个数 0 0 10 14 24 频率% 0 0 41.7 58.3 100 个数 0 0 0 24 24 频率% 0 0 0 100 100
3
铺土 30cm 碾压 10 遍 碾压 6 遍 碾压 8 遍 碾压 10 遍 碾压 6 遍
铺土 35cm 碾压 8 遍 碾压 10 遍
碾压 6 遍
碾压 8 遍
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。
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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
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
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