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        大湟平公路水泥改良濕陷性黃土水穩(wěn)性試驗(yàn)對(duì)比分析研究

        2021-12-01 13:29:28盧紹珍
        青海交通科技 2021年1期
        關(guān)鍵詞:劑量

        盧紹珍

        (青海省公路建設(shè)管理局 西寧 810008)

        青海省S102西寧繞城環(huán)線大通經(jīng)湟中至平安段公路總長約110.57km,濕陷性黃土分布廣泛,全線有濕陷性黃土共63.83km。項(xiàng)目路線所經(jīng)青海東部地,農(nóng)作物品質(zhì)繁多,并且該地區(qū)生態(tài)環(huán)境較脆弱,水土流失比較嚴(yán)重,一旦地表植被因施工遭到破壞,很難恢復(fù)。近幾年隨著公路工程項(xiàng)目大規(guī)模推進(jìn),需要大量的建筑材料用于路基的填筑。但是當(dāng)?shù)乜捎玫膬?yōu)質(zhì)路基填料缺乏,路塹挖方產(chǎn)生的大量黃土不能滿足路基填料的規(guī)范要求將被丟棄,必然會(huì)造成周圍生態(tài)環(huán)境污染,還會(huì)占用大量耕地。因此如何避免破壞耕地,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,將儲(chǔ)量豐富的各類黃土變廢為寶,應(yīng)用到公路建設(shè)中顯得迫在眉睫,尤其是對(duì)于黃土分布廣泛的大湟平公路更為重要。

        1 濕陷性黃土工程特性和改良機(jī)理

        1.1 濕陷性黃土工程特性

        濕陷性黃土是一種遇水膨脹,失水收縮的土,工程特性主要表現(xiàn)為土質(zhì)比較均勻、孔隙率大、結(jié)構(gòu)呈疏松狀態(tài)[1]。通常在沒有受水浸濕時(shí),強(qiáng)度較高,壓縮性較小。當(dāng)黃土在遇水、受水浸濕時(shí),土體結(jié)構(gòu)會(huì)很快遭到破壞,隨之產(chǎn)生較大的沉降量,強(qiáng)度也隨之迅速降低。因此在建設(shè)工程實(shí)施中遇到濕陷性黃土,應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物的使用功能和安全性綜合考慮,采取以地基處理為主的綜合處理方法,防止地基濕陷對(duì)建筑物或公路路基產(chǎn)生損害。在公路建設(shè)中一般對(duì)黃土路基路段采用CRB值好,穩(wěn)定性好的填料進(jìn)行換填,比如一般采用砂礫換填等辦法。或者綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,在填料選擇有限的地區(qū)采用石灰或化學(xué)劑改良的方法對(duì)黃土進(jìn)行改良。對(duì)于直接廢棄或用石灰、化學(xué)劑改良[2],雖然能夠解決在黃土地區(qū)路基施工面臨的問題,但是也帶來環(huán)境破壞、土地資源浪費(fèi)、成本過高等一系列不利影響。

        1.2 濕陷性黃土改良機(jī)理

        處理濕陷性黃土的方法主要有強(qiáng)夯、重錘表層夯實(shí)及墊層法、擠密樁法、樁基礎(chǔ)、化學(xué)加固法、預(yù)浸水法等等[3],其本質(zhì)就是使之與土壤發(fā)生一定程度的物理、化學(xué)反應(yīng),達(dá)到通過改變?cè)恋奈锢砹W(xué)性質(zhì)來確保濕陷性黃土穩(wěn)定。水泥改良黃土的方法就是用少量水泥摻入土中就能改變土的性質(zhì),其原因是水泥分布在土中構(gòu)成堅(jiān)固的核心,在所有的空隙中形成水化水泥的骨架,借以達(dá)到約束土粒的結(jié)果。

        2 濕陷性黃土水穩(wěn)性試驗(yàn)方案

        根據(jù)以上對(duì)濕陷性黃土工程特性和改良機(jī)理分析,大湟平公路中擬采用水泥進(jìn)行水穩(wěn)性研究。實(shí)驗(yàn)中水泥摻量分別以4%、5%、6%、7%、8%分五組摻入濕陷性黃土中。按照抗壓試樣法制樣,按浸水、不浸水和浸水后烘干三個(gè)不同的條件養(yǎng)護(hù),并將制備養(yǎng)護(hù)好的試件按此分為三組,滿足要求后測(cè)得其抗壓強(qiáng)度。以3個(gè)試件為為一組[4],測(cè)得平均抗壓強(qiáng)度。第一組(1#)試件養(yǎng)護(hù)到28d后放入烘箱在105~110℃下烘8h,測(cè)抗壓強(qiáng)度;第二組(1#)試件養(yǎng)護(hù)到28d后放入水中浸泡24h,將其再放入供箱,在105~110℃下再烘8h,然后分別測(cè)其干抗壓強(qiáng)度;第三組(3#)試件養(yǎng)護(hù)到28d后直接放入水中浸泡24h后,將其取出用干布擦去表面的水分,然后直接測(cè)其抗壓強(qiáng)度。

        濕陷性黃土的水穩(wěn)、軟化系數(shù)和強(qiáng)度損失分別按下式計(jì)算:

        (1)

        (2)

        (3)

        (4)

        式中:D1(%),D2(%)——強(qiáng)度損失;

        K1,K2——水穩(wěn)系數(shù),軟化系數(shù)[5];

        R1,R2,R3——第一、二、三組試件的平均抗壓強(qiáng)度(單位MPa)。

        3 水穩(wěn)性試驗(yàn)結(jié)果與分析

        按上述試驗(yàn)方案及操作步驟進(jìn)行不同水泥配合比改良黃土的水穩(wěn)性試驗(yàn),各取土場(chǎng)不同配合比水泥改良黃土水穩(wěn)性試驗(yàn)結(jié)果,根據(jù)表1~3中試驗(yàn)結(jié)果繪制出各取土場(chǎng)不同配合比水泥改良黃土的水穩(wěn)性曲線。

        表1 1#水泥改良黃土水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果(單位:MPa)

        表2 2#水泥改良黃土水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果(單位:MPa)

        表3 3#水泥改良黃土水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果(單位:MPa)

        3.1 第一組水泥改良黃土水穩(wěn)定性結(jié)果與分析

        從圖1可以看出:試件在經(jīng)烘箱烘過后抗壓強(qiáng)度陡然增加,并且浸水強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于未浸水強(qiáng)度。第一組試件未浸水烘干后抗壓強(qiáng)度在增長到7%水泥劑量后出現(xiàn)下降;第二組試件浸水后烘干抗壓強(qiáng)度在水泥劑量5%后逐漸下降;第三組試件浸水后抗壓強(qiáng)度隨著水泥劑量的增加緩慢增長。

        圖1 水泥改良黃土水穩(wěn)性抗壓強(qiáng)度曲線圖(1#)

        從圖2中可以看出:隨著水泥劑量的增加水穩(wěn)定系數(shù)和軟化系數(shù)逐漸下降而后又增加趨勢(shì),說明水泥改良黃土的水穩(wěn)定性隨著水泥劑量的增大先逐漸下降,但水泥達(dá)到一定劑量后水穩(wěn)定性出現(xiàn)增加趨勢(shì)。

        圖2 水泥改良黃土水穩(wěn)性曲線圖(1#)

        3.2 第二組水泥改良黃土水穩(wěn)定性結(jié)果與分析

        從圖3可以看出:第一組試件未浸水烘干后抗壓強(qiáng)度和第二組試件浸水后烘干抗壓強(qiáng)度線型呈波浪形,強(qiáng)度不穩(wěn)定,在水泥計(jì)量達(dá)到6%時(shí)強(qiáng)度增加,然后減小趨于穩(wěn)定;第三組試件浸水抗壓強(qiáng)度隨著水泥劑量的增加緩慢增長;試件在經(jīng)烘箱烘過后強(qiáng)度呈先增加后降低的趨勢(shì)。從圖4中可以看出:隨著水泥劑量的增加水穩(wěn)定系數(shù)逐漸下降達(dá)到7%水泥劑量后開始出現(xiàn)增加趨勢(shì),而軟化系數(shù)隨著水泥劑量的增加水穩(wěn)定系數(shù)逐漸下降,水泥劑量達(dá)到6%后逐漸增加。說明水泥改良黃土的水穩(wěn)定性隨著水泥劑量的增大先逐漸下降,然后出現(xiàn)增加趨勢(shì)。

        圖3 水泥改良黃土水穩(wěn)性抗壓強(qiáng)度曲線圖(2#)

        圖4 水泥改良黃土水穩(wěn)性曲線圖(2#)

        3.3 第三組水泥改良黃土水穩(wěn)定性結(jié)果與分析

        圖5 水泥改良黃土水穩(wěn)性抗壓強(qiáng)度曲線圖(3#)

        圖6 水泥改良黃土水穩(wěn)性曲線圖(3#)

        從圖5可以看出:第三組試件浸水抗壓強(qiáng)度隨著水泥劑量的增加緩慢增長;第一組試件未浸水烘干后抗壓強(qiáng)度和第二組試件浸水后烘干抗壓強(qiáng)度線型呈波浪形,強(qiáng)度不穩(wěn)定,先增加后減小而后再增加。從圖6可以看出:水泥改良后的水穩(wěn)定性系數(shù)和軟化系數(shù)呈波浪形,規(guī)律性不是特別明顯。

        4 結(jié)論

        綜上所述,通過在濕陷性黃土中摻入不同含量的水泥制備試件,將養(yǎng)護(hù)好的改良土試件按浸水、不浸水和浸水后烘干不同的條件測(cè)其抗壓強(qiáng)度,對(duì)水泥改良黃土的水穩(wěn)性進(jìn)行比較分析。可以看出水泥改良黃土的強(qiáng)度穩(wěn)定,水穩(wěn)性較好。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,水泥改良黃土減少現(xiàn)場(chǎng)的土石調(diào)配方量和運(yùn)距,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益,且將改良后的黃土使用于路基,變廢為寶,還具有良好的社會(huì)、環(huán)保效益。

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