膨脹土改良試驗(yàn)研究與應(yīng)用

賈德霞 劉彤 王恩杰 楊永強(qiáng)

【摘要】南水北調(diào)中線一期工程南陽鎮(zhèn)平段為膨脹土區(qū)段，由于區(qū)段施工降雨較多，土料含水率大，影響施工的正常進(jìn)行，為此進(jìn)行了膨脹土料改良的相關(guān)試驗(yàn)研究，本文著重介紹膨脹土改良試驗(yàn)研究成果。

【關(guān)鍵詞】 南水北調(diào)膨脹土水泥改性土 摻砂改良試驗(yàn)研究

中圖分類號(hào)：TU475+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

1、工程概況

南水北調(diào)中線一期總干渠陶岔渠首至沙河南段工程鎮(zhèn)平段，位于河南省南陽市鎮(zhèn)平縣境內(nèi)，起點(diǎn)鄧州與鎮(zhèn)平縣界，樁號(hào)為52+100，終點(diǎn)在官魯崗鎮(zhèn)附近潦河右岸的鎮(zhèn)平縣與南陽市臥龍區(qū)交界處，樁號(hào)87+925，鎮(zhèn)平段長度為35.825km；其中明渠渠道長12.0km，過水?dāng)嗝娌捎锰菪螖嗝妫瑯?biāo)段主體，土石方開挖量約為560萬m3，土石方填筑約為278萬m3。

2、水泥改性土施工問題的提出

河南南陽地區(qū)最典型的土質(zhì)就是膨脹土，膨脹土是具有特殊性質(zhì)的土，處理技術(shù)是南水北調(diào)工程的關(guān)鍵技術(shù)問題之一，該種土類料塑性指數(shù)較高。由于土料天然含水率大，且施工時(shí)段降雨較多，不利于翻曬；并且碎土后土料的顆粒級(jí)配也不滿足設(shè)計(jì)要求，對施工進(jìn)度造成了很大不利影響，因此施工工期滯后較為嚴(yán)重；必須進(jìn)行土料的優(yōu)化和改良，以滿足施工進(jìn)度和質(zhì)量控制的要求。

3、試驗(yàn)研究方案的確定

南水北調(diào)中線一期工程鎮(zhèn)平段菜河倒虹吸附近渠道有一定數(shù)量的天然砂，該區(qū)段屬于開挖棄方，經(jīng)試驗(yàn)檢測為粗砂；根據(jù)現(xiàn)場材料的實(shí)際情況，若在粘土中摻入適量的棄方砂子，不但有利于節(jié)約成本，并且便于降低土壤含水量，有利于翻曬，土料易于破碎和摻混，因此采選取寺后張土料場的土料進(jìn)行摻砂后的性能試驗(yàn)研究。

4、膨脹土中摻砂試驗(yàn)研究與分析

4.1 摻砂對土料性能的影響試驗(yàn)

試驗(yàn)選用寺后張土料場土料摻砂進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，砂摻量對土料含水率的影響見表1。

表1砂摻量對土料含水率的影響試驗(yàn)成果表

砂摻量對土料自由膨脹率的影響見表2。

表2 砂的不同摻量對土料自由膨脹率的影響

砂摻量對土料顆粒級(jí)配的影響見表3。

表3砂的不同摻量對土料粒組含量的影響

對土料塑性指數(shù)的影響檢測結(jié)果分別見表4。

表4砂的不同摻量對土料的塑性指數(shù)的影響

4.2摻砂對土料性能的影響趨勢

摻砂對土料的性能影響趨勢見圖1～圖4，綜合上述試驗(yàn)結(jié)果成果，砂的摻量對土料含水率的影響較大，考慮摻入砂對于土料其他性能的影響，初步選定摻量為30%～40%；由于試驗(yàn)用料的原因，砂的摻量對土料的自由膨脹率、塑性指數(shù)影響較小，但由于砂顆粒自身對于降低土料的自由膨脹率、塑性指數(shù)均有一定的好處，因此綜合以上根據(jù)各摻砂量對土料性能的綜合影響，選擇摻砂量為30%進(jìn)行改性試驗(yàn)。

4.3土料的改性試驗(yàn)

土料破碎的試驗(yàn)結(jié)果表明，摻砂后土料較為容易，摻砂碎土后級(jí)配粒徑大于100mm為0， 100mm～50mm粒徑含量小于4.3%，50mm～5mm粒徑含量小于46%，滿足土料級(jí)配要求。

由于摻砂沒有顯著降低膨脹土的自由膨脹率，為了控制土料的自由膨脹率，故我們按照原設(shè)計(jì)要求再摻入5%的水泥。

根據(jù)選定的摻砂量分別進(jìn)行土料摻砂后的輕型擊實(shí)試驗(yàn)，土料摻砂后再摻5%的水泥進(jìn)行水泥改性土的輕型擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

膨脹土摻30%砂，再摻入5%水泥后確定的水泥改性土的最大干密度和最優(yōu)含水率為控制依據(jù)，進(jìn)行水泥改性土的拌合及碾壓試驗(yàn)，碾壓10遍壓實(shí)度合格率100%。

5、結(jié)語

由于膨脹土具有獨(dú)特的性質(zhì)，遇水膨脹，失水收縮、易于開裂，對于采用膨脹土進(jìn)行填筑的工程項(xiàng)目，需要采用摻水泥的措施對其進(jìn)行改性施工。在膨脹土中摻砂可降低土料的含水率，降低土料的塑性指數(shù)，并且隨著砂含量的增加，土料最大干密度增大，最優(yōu)含水率可逐步降低。

在本工程土方填筑施工中，由于土料場天然土料含水率高，碎土困難，影響了改性土施工，成為影響工期的重要原因之一；而膨脹土的摻棄砂改良試驗(yàn)研究的成功應(yīng)用，解決了水泥改性土因天然含水率高、級(jí)配不良、破碎困難等方面的難題，大大提高了土方填筑施工效率，并且因地制宜地利用了棄方材料，減少棄料方量，具有良好的綜合效益，可為同類工程施工項(xiàng)目所借鑒。

【參考文獻(xiàn)】

南京水利科學(xué)研究院，中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，《土工試驗(yàn)規(guī)程》，北京，中國水利水電出版社，1999年4月；

交通部公路科學(xué)研究院，中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51-2009），北京，人民交通出版社，2009年。