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        中東地區(qū)石灰?guī)r質(zhì)土石方回填料摻沙漠砂改良研究

        2021-10-20 00:59:56李志鵬陸土勤
        廣東土木與建筑 2021年9期

        李志鵬,陸土勤

        (中交四航局第二工程有限公司 廣州 510230)

        0 前言

        卡塔爾地處沙漠地區(qū),沙漠砂資源充沛,地質(zhì)條件為石灰質(zhì)強(qiáng)風(fēng)化巖,分布廣泛[1]??ㄋ柖喙|部走廊是連接多哈新機(jī)場(chǎng)和工業(yè)區(qū)的一條主要高速公路,道路主線全長(zhǎng)10.736 km,標(biāo)準(zhǔn)段寬264 m,雙向10 車道[2],道路結(jié)構(gòu)如圖1 所示。本文結(jié)合多哈東部走廊工程實(shí)踐,對(duì)石灰?guī)r質(zhì)土石方回填料摻沙漠砂改良工藝進(jìn)行了研究。

        圖1 道路典型斷面Fig.1 Typical Road Cross Section (mm)

        1 概況

        本工程底基層回填料為一種級(jí)配良好且低液塑限的回填土(精選料),工程量約65 萬m3,技術(shù)規(guī)格書要求通過使用英國標(biāo)準(zhǔn)《BS1377-Part2—1990》[3]試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)后,級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果中75 mm 篩通過率100%,0.075 mm 篩通過率小于20%,液限不大于35%,塑性指數(shù)不大于6%,塑性指數(shù)比卡塔爾國標(biāo)QCS[4]的10%要求更加嚴(yán)格。

        液限測(cè)定試驗(yàn):采用碟式儀法,操作方法及判別標(biāo)準(zhǔn)如下:

        ⑴制備試樣、調(diào)勻,鋪于銅碟前半部,然后將銅碟前沿試樣刮成水平,使試樣中心厚度為10 mm,用工具沿銅碟直徑將土樣劃開,形成V形槽;

        ⑵以2 擊/s 的速度轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄,使銅碟反復(fù)起落,墜擊于底座上,記錄槽底兩邊的土試樣合攏長(zhǎng)度為13 mm時(shí)的擊數(shù)并取樣做含水率試驗(yàn);

        ⑶使用不同含水率的試樣,重復(fù)步驟⑴、⑵4~5次;

        ⑷以擊數(shù)的對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo),含水率為縱坐標(biāo),在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制擊數(shù)與含水率關(guān)系曲線,取曲線上擊數(shù)為25擊所對(duì)應(yīng)的含水率為試樣的液限。

        塑限測(cè)定試驗(yàn):采用滾搓法,要求滾搓8~10 g 的試樣,當(dāng)土條搓成直徑為3 mm 時(shí)產(chǎn)生裂縫并開始斷裂,表示試樣的含水率達(dá)到塑限含水率要求,最后取3~5 g 土條測(cè)出含水率,經(jīng)平行測(cè)定后取平均值得到塑限。

        根據(jù)合同條款,業(yè)主提供石灰?guī)r破碎料作為路基施工的原料,施工方通過加工后用于路基精選料施工。通過對(duì)甲供的石灰?guī)r破碎料取樣檢測(cè),相關(guān)檢測(cè)結(jié)果如表1、表2所示。

        表1 級(jí)配試驗(yàn)Tab.1 Gradation Test

        表2 液塑限試驗(yàn)Tab.2 Liquid Limit & Plastic Index Test

        依據(jù)表1 級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果:級(jí)配75 mm 篩石灰?guī)r破碎料通過率為98%,0.075 mm 篩通過率為36%,說明這些破碎料的級(jí)配不均勻,含泥量高,不滿足技術(shù)規(guī)格書對(duì)精選料的要求。級(jí)配不合格的回填料,即使現(xiàn)場(chǎng)回填時(shí)達(dá)到回填料的最優(yōu)含水率,也難以壓實(shí),無法達(dá)到項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書壓實(shí)度95%的要求,而如果壓實(shí)度不合格,會(huì)在路基中形成許多微小空隙,后期引起地基的不均勻下沉[5]。工程竣工通車后,車輛在高速公路行駛過程中形成豎直壓力對(duì)路基造成再次壓實(shí),可能會(huì)使得路基的壓實(shí)度變大,微小空隙變少,導(dǎo)致路面出現(xiàn)空洞塌陷[6],故精選回填料級(jí)配試驗(yàn)指標(biāo)必須進(jìn)行有效控制。

        依據(jù)表2液塑限試驗(yàn)分析石灰?guī)r破碎料的液塑限試驗(yàn)結(jié)果,其液限值和塑性指數(shù)值較高,不符合技術(shù)規(guī)格書對(duì)精選料液塑限的要求,高液塑限土遇水飽和會(huì)產(chǎn)生下沉或滑動(dòng),在工程上會(huì)存在質(zhì)量隱患[7]。

        2 摻砂比例對(duì)回填料的性能影響分析

        回填材料中,通常在土壤中拌合水泥、石灰等生成水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土或者綜合穩(wěn)定土,以達(dá)到改善土壤使用性能的目的[8]。本工程技術(shù)規(guī)格書要求:精選料塑性指數(shù)不大于6%,卡塔爾地區(qū)的石灰?guī)r破碎料不能直接用作本工程回填料。由于卡塔爾物資匱乏,水泥、石灰等材料都需要從國外進(jìn)口,且配送周期長(zhǎng),使用水泥、石灰進(jìn)行改良經(jīng)濟(jì)效益較差。

        為推動(dòng)項(xiàng)目實(shí)施,結(jié)合卡塔爾豐富的沙漠砂資源,供應(yīng)充沛,選擇了摻沙漠砂改良石灰?guī)r破碎料。為了滿足使用技術(shù)規(guī)格書要求,回填料中需要摻更多的砂,但是塑性指數(shù)不大于6%的材料已經(jīng)很接近無液塑限的狀態(tài),如果摻砂比例控制不好,材料會(huì)變成無粘性狀態(tài),造成壓不實(shí),且摻砂量提高也會(huì)導(dǎo)致施工成本大幅上漲,在沒有現(xiàn)有數(shù)據(jù)可以參考的情況下,很有必要探索最佳的摻砂比例來改良石灰?guī)r質(zhì)土石方回填料性能,以最經(jīng)濟(jì)合理的方式來達(dá)到更嚴(yán)格的要求。

        2.1 摻砂比例對(duì)回填料級(jí)配的影響

        對(duì)甲供石灰?guī)r破碎料分別按照10%、20%、30%、40%、50%的比例摻入沙漠砂進(jìn)行級(jí)配試驗(yàn)[9],試驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。

        表3 沙漠砂級(jí)配Tab.3 Gradation for Desert Sand

        表4 摻砂后回填料級(jí)配Tab.4 Gradation for Backfill Material Mixed with Desert Sand

        根據(jù)級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果畫出級(jí)配試驗(yàn)曲線,如圖2所示。

        圖2 級(jí)配試驗(yàn)曲線Fig.2 Gradation Curve of Backfill Material Mixed with Desert Sand

        對(duì)比分析各摻砂比例試驗(yàn)結(jié)果,摻砂后回填料級(jí)配均得到改善,滿足75 mm 篩通過率100%,0.075 mm篩通過率小于20%的要求。

        2.2 摻砂比例對(duì)回填料液塑限的影響

        液塑限指標(biāo)是反應(yīng)粘土隨著含水率變化從一種狀態(tài)變?yōu)榱硗庖环N狀態(tài)的界限含水率[10]。

        甲供石灰?guī)r破碎料液塑性試驗(yàn)結(jié)果不滿足技術(shù)規(guī)格書對(duì)精選料的要求,且液塑限值均很高,通過對(duì)破碎回填料在未摻砂、摻入10%、20%、30%、40%、50%沙漠砂進(jìn)行液塑限試驗(yàn),回填料液塑限試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

        表5 回填料液塑限試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果Tab.5 Liquid Limit & Plastic Index Test for Backfill Material Mixed with Desert Sand

        根據(jù)液限和塑性指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果畫出級(jí)配曲線,如圖3所示。

        圖3 液限及塑性指數(shù)結(jié)果曲線Fig.3 Liquid Limit Curve of Backfill Material Mixed with Desert Sand

        通過表5、圖3 進(jìn)行分析,沒有摻砂以及摻砂量為10%的甲供石灰?guī)r破碎料無論是液限還是塑性指數(shù)都不符合技術(shù)規(guī)格書要求,摻砂量達(dá)到20%、30%、40%、50%的回填料液限和塑性指數(shù)均得到明顯改善,滿足技術(shù)規(guī)格書要求。

        3 摻砂比例分析及選擇

        根據(jù)級(jí)配和液塑限試驗(yàn)結(jié)果的分析,在甲供石灰?guī)r破碎料中摻入20%、30%、40%、50%的沙漠砂,試驗(yàn)結(jié)果全部符合技術(shù)規(guī)格書中精選料的要求。但是甲供石灰?guī)r破碎料中摻砂量為20%時(shí)塑性指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果處于臨界值,不利于質(zhì)量控制,摻砂量為40%、50%時(shí),各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果雖滿足技術(shù)規(guī)格書要求,但是不利于成本控制。綜合上述分析對(duì)精選料從質(zhì)量及成本等多角度出發(fā),選擇在甲供石灰?guī)r破碎料中摻加30%的沙漠砂進(jìn)行改良為最優(yōu)方案。

        4 結(jié)語

        卡塔爾多哈東部走廊項(xiàng)目的石灰?guī)r破碎料不能直接用于回填施工,通過摻入30%的沙漠砂,可有效改善回填料的級(jí)配和液塑限的性能,在控制精選回填料質(zhì)量的基礎(chǔ)上,最大限度地節(jié)約項(xiàng)目成本,達(dá)到控制質(zhì)量及成本的雙贏目的,保證了工程的順利實(shí)施。

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