賈　佳　史皓男

(遼寧省康平縣水利局，遼寧 沈陽　110500)

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河堤加固中低液限黏土擊實試驗研究

賈佳史皓男

(遼寧省康平縣水利局，遼寧 沈陽110500)

【摘要】堤防是防御洪水、保護沿河人民生命和財產(chǎn)安全的重要屏障，其填筑材料決定著其穩(wěn)定性及防護能力?？灯娇h西遼河治理工程區(qū)范圍內(nèi)，土料均為低液限黏土，在堤防填筑過程中難以壓實，土體穩(wěn)定性差。因此，通過對低液限黏土取樣、基本性質(zhì)試驗及擊實試驗，研究其基本性質(zhì)與擊實性能，可為堤防的設(shè)計和施工提供有力的技術(shù)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】堤防加固； 低液限黏土； 基本性質(zhì)； 擊實試驗

1引言

堤防是河道的重要組成部分，是防御洪水、保護沿河人民生命和財產(chǎn)安全的重要屏障[1-2]。而堤防填筑材料的選取又是決定堤防穩(wěn)定性、防滲性能的關(guān)鍵因素。康平縣位于遼河流域，屬于北溫帶季風(fēng)型氣候，降水量偏少，多年平均降水量為524mm?？灯娇h位于遼河西岸，由于河堤兩岸阻水建筑物較多，導(dǎo)致水位壅高，防洪堤多處存在安全隱患。遼河在康平縣境內(nèi)共有套堤9個，總長度 17.17km，治理工程區(qū)面積為6.23km2?？灯娇h西遼河治理工程區(qū)范圍內(nèi)的土料均為低液限黏土，具有液限低、塑性指數(shù)小等特點，在堤防填筑過程中難以壓實，土體穩(wěn)定性差[3]。若另外從其他堤防選取土料場，會增大運距，增加工程的投資，還會涉及環(huán)保等問題。因此如何采用低液限黏土填筑堤防，并保證填筑質(zhì)量是該工程的重點。在工程區(qū)樁號SR0+000～SR1+910(Ⅰ標)、SR1+910～SR3+810(Ⅱ標)、SR3+810～SR5+610(Ⅲ標)和SR5+610～SR7+480(Ⅳ標)范圍內(nèi)的堤防附近各選取一處土料場，在土料場內(nèi)選取有代表性的位置，開挖探坑，在探坑的0.5m、1.0m和1.5m深度處，按試驗的要求各取樣20kg[4-6]。通過對低液限黏土取樣、基本性質(zhì)試驗及擊實試驗，研究其基本性質(zhì)及擊實性能，為堤防的設(shè)計和施工提供有力的技術(shù)依據(jù)。

2基本性質(zhì)試驗及結(jié)果分析

土料的基本性質(zhì)試驗包括天然含水率試驗、比重試驗、液塑限試驗和顆粒分析試驗等，試驗方法按照《水利水電工程土工試驗規(guī)程》(DL/T 5335—2006)的要求進行[7]。

天然含水率試驗：將取回的土樣攪拌均勻后，取代表性試樣稱重后，放入烘箱，按規(guī)范要求烘干后稱重，按式(1)計算土樣的含水率：

(1)

式中w——土樣含水率；

m——樣品質(zhì)量；

md——烘干后樣品質(zhì)量。

每組土樣進行兩次平行測定，取平均值作為試驗結(jié)果，如表1所列。

表1　各標段土料場天然含水率

由表1可知，上層土樣的天然含水率較低，下層土樣較高，同一深度不同標段和同一標段不同深度的土料天然含水率有所差異。應(yīng)根據(jù)后面擊實試驗得到的最優(yōu)含水率來控制土料的含水率，對于上層含水率較低的土料可以灑適量的水，對于下層含水率較高的土料可以通過晾曬來適當降低其含水率，在土料采挖、運輸、卸料時應(yīng)讓上層土和下層土拌和，使其含水率接近填筑要求。

比重試驗的結(jié)果按式(2)計算，每組土樣進行兩次平行測定，取平均值作為試驗結(jié)果，如表2所列。

(2)

式中Gs——土的比重；

md——烘干試樣質(zhì)量；

m1——瓶、試液的總質(zhì)量；

m2——瓶、試液、試樣的總質(zhì)量；

GwT——T℃時試液的比重。

表2　各標段土料場土料比重

由表2可知，各個標段的土料比重比較接近，在2.68～2.72之間，平均值為2.70。

液塑限試驗是先將土樣過0.5mm的篩，再取400g分成三份，加入不等量的水，測定不同圓錐下沉深度的土樣含水量，即得到液塑限，再用式(3)和式(4)計算塑性指數(shù)和液性指數(shù)，試驗和計算結(jié)果如表3所列。

(3)

(4)

式中IP——塑性指數(shù)；

wL——液限；

wP——塑限；

w——天然含水率；

IL——液性指數(shù)。

表3　各標段液塑限試驗結(jié)果

由表3可知，各標段土料場的土料均為低液限黏土。

顆粒分析試驗是根據(jù)顆粒級配和大小不同，采用篩析法、密度計法、移液管法、聯(lián)合法進行測定，可以繪制出顆分曲線并分析其級配，采用不均勻系數(shù)CU和曲率系數(shù)CC來評價，見式(5)和式(6)，試驗結(jié)果如表4所列。

(5)

(6)

不均勻系數(shù)CU可以反映顆分曲線的陡緩，其值越大則曲線越陡，說明土的顆粒大小不均勻；其值越小則曲線越緩，說明顆粒大小均勻。曲率系數(shù)CC則反映的是顆分曲線的整體形狀、連續(xù)性和細顆粒含量。當土的CU≥5且CC=1～3時，則判斷該土級配良好，反之則級配不良。

表4　土樣的不均勻系數(shù)及曲率系數(shù)

由表4可知，除Ⅰ標的三個探坑土料級配良好之外，其他標段大部分土料的級配都不良，曲率系數(shù)多數(shù)在1～3之間，說明粒組比較連續(xù)，沒有明顯的缺失；不均勻系數(shù)多小于5，說明其曲線較緩，土顆粒比較均勻。

3低液限黏土的擊實試驗

3.1試驗步驟

本次試驗采用輕型擊實試驗，錘質(zhì)量2.6kg，落高315mm，其單位體積的擊實功為592.8kJ/m3。具體試驗步驟如下：取有代表性的風(fēng)干土樣20kg，用人工或機械碾碎；過5mm篩，將篩下的土樣拌勻，并測定此時含水率，根據(jù)土的塑限估算最優(yōu)含水率，按照含水率依次相差2%制備兩個大于塑限、兩個小于塑限、1個接近塑限，共一組5個試樣；將2.5kg土樣放入盛土盤內(nèi)。按照上面的含水率噴濕，并密封靜置不少于12h；將擊實儀安裝固定好，在擊實筒內(nèi)壁和底板涂潤滑油，將土樣分三層倒入，并分別擊實，每層25擊，每層接觸面刮毛，擊實完成后在護筒內(nèi)壁削挖一周，取下護筒和底板等，推出試樣并稱重。

3.2擊實試驗結(jié)果

擊實后的含水率根據(jù)式(1)計算，干密度按式(7)計算。

(7)

式中ρd——干密度，g/cm3；

ρ——濕密度，g/cm3；

w——含水率，%。

根據(jù)計算結(jié)果，以干密度為縱坐標、含水率為橫坐標繪制兩者的關(guān)系曲線，曲線上最高點的縱、橫坐標即為最大干密度和最優(yōu)含水率。各標段的土料擊實曲線如圖1～圖4所示。

圖1　Ⅰ標土料擊實曲線

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圖3　Ⅲ標土料擊實曲線

圖4?、魳送亮蠐魧嵡€

由上述擊實曲線可以看出：Ⅰ標土料場的三組試樣擊實曲線形狀較近似，數(shù)值離散性較小，最優(yōu)含水率較為接近，范圍在17.3%～18.8%之間，最大干密度差別很小，范圍在1.67～1.69 g/cm3之間；Ⅱ標土料場的三組試樣擊實曲線形狀有差異，數(shù)值離散性較大，最優(yōu)含水率差別較大，范圍在16.9%～18.8%之間，最大干密度差別也較大，范圍在1.62～1.66g/cm3之間；Ⅲ標土料場的三組試樣擊實曲線形狀較近似，其中兩組數(shù)值離散性較小，另外一組差別較大，最優(yōu)含水率較為接近，范圍在17.0%～18.0%之間，最大干密度差別很小，范圍在1.68～1.70g/cm3之間；Ⅳ標土料場的三組試樣擊實曲線形狀差異較大，數(shù)值離散性大，最優(yōu)含水率較為接近，范圍在17.5%～18.5%之間，最大干密度差別較大且數(shù)值較小，范圍在1.59～1.65g/cm3之間。

根據(jù)上述結(jié)果可知：Ⅰ標土料場土料的擊實性能比較接近，土質(zhì)較均勻；Ⅱ標、Ⅲ標和Ⅳ標土料場各土料的擊實性能均差異較大，建議在施工時，將各土料場進一步劃分并對劃分后的區(qū)域做擊實試驗，根據(jù)試驗結(jié)果選取合適的土料進行堤防填筑施工。

4結(jié)論

通過對各標段土料場的土料進行基本性質(zhì)試驗和擊實試驗，對各土料場土料的擊實性能進行了研究，結(jié)論如下：Ⅰ標土料場的三組試樣最優(yōu)含水率平均值為18.0%，最大干密度平均值為1.68 g/cm3；Ⅱ標土料場的三組試樣最優(yōu)含水率平均值為17.6%，最大干密度平均值為1.64g/cm3；Ⅲ標土料場的三組試樣最優(yōu)含水率平均值為17.5%，最大干密度平均值為1.69g/cm3；Ⅳ標土料場的三組試樣最優(yōu)含水率平均值為18.0%，最大干密度平均值為1.62g/cm3；Ⅰ標土料場土料的擊實性能比較接近，土質(zhì)較均勻；Ⅱ標、Ⅲ標和Ⅳ標土料場各土料的擊實性能均差異較大。

參考文獻

[1]汪東林,欒茂田,楊慶.非飽和重塑低液限黏土體積變化特性試驗研究[J].水利學(xué)報,2008(3):367-372,379.

[2]沈華中,張慧,蘭雁,等.基于含水量與干密度的低液限黏土強度公式[J].人民黃河,2008(4):83-85.

[3]王保田,陳西安.懸掛式防滲墻防滲效果的模擬試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2008(S1):2766-2771.

[4]王瑞民.山西磨河水電站壩基工程地質(zhì)問題研究[J].中國水能及電氣化,2014(8):54-57.

[5]歐陽學(xué)金.兩河口水電站心墻堆石壩防滲心墻料的研究[J].中國水能及電氣化,2014(8):67-70.

[6]戴永堅.山西省松塔水電站樞紐工程壩基滲漏及壩基工程處理[J].水利建設(shè)與管理,2013(1):35-37.

[7]陶煉.淺談丘北干龍?zhí)端畮斐U加固工程大壩穩(wěn)定分析及處理措施的選擇[J].水利建設(shè)與管理,2013(6):67-71.

Research on low liquid limit clay compaction test in embankment reinforcement

JIA Jia,SHI Haonan

(Liaoning Kangping County Water Resources Bureau,Shenyang 110500,China)

Abstract：Embankment is an important barrier to prevent flood and protect life and property safety of people along the river.The filling materials thereof determine the stability and prevention ability.Soil materials belong to low liquid limit clay in the scope of Kangping County Liaohe governance project area.It is difficult to compact the materials in the embankment filling process.The soil stability is poor.Therefore,the basic property and compaction performance thereof are studied through low liquid limit clay sampling,basic property test and compaction test,thereby providing powerful technical basis for embankment design and construction.

Key words：embankment reinforcement; low liquid limit clay; basic properties; compaction test

DOI:10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.06.010

中圖分類號：TV871

文獻標志碼：A

文章編號：1005-4774(2016)06-0037-04