雙聚材料固化機理研究

鮮麗菊

(新疆交通建設(shè)集團股份有限公司，烏魯木齊　830000)

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雙聚材料固化機理研究

鮮麗菊

(新疆交通建設(shè)集團股份有限公司，烏魯木齊830000)

摘要：研究了應(yīng)用于新疆交通建設(shè)集團吉木乃-吉木乃口岸公路改建項目邊坡加固工程中的雙聚材料的固化機理。研究結(jié)果表示，當雙聚材料與砂土拌和后處理邊坡時，可在起到土體內(nèi)加筋的效果，充分發(fā)揮作用時，可加固土體，提高土體強度，雙聚材料屬于邊坡加固效率高且環(huán)保無污染的公路邊坡土體防滲固化新材料。

關(guān)鍵詞：雙聚材料；邊坡；固化；機理

1項目研究區(qū)概況

項目研究區(qū)位于新疆吉木乃縣境內(nèi)，路線由東南向西北行進，途徑卡爾克特村、衛(wèi)東嶺、吉木乃鎮(zhèn)、邊境檢查站，終點止于186團興邊路與軍墾路交叉口，路線長度為26.24 km。連接線為城市道路中小城市主干線，其起點K0+000位于吉木乃縣城團結(jié)路-迎賓路交叉口，終點與主線ZK6+086.32相接，路線長度為2.245 km。

研究邊坡位于公路K16+460～K16+660段兩側(cè)斜坡地帶，根據(jù)邊坡邊緣界限分為1#邊坡和2#邊坡。邊坡區(qū)出露地層分別屬于阿爾泰地層分區(qū)的薩吾爾山地層小區(qū)，該區(qū)大部分地區(qū)覆蓋有第四系地層。邊坡土體為非巖質(zhì)土，非鹽漬土并且為非膨脹性土，結(jié)構(gòu)較松散。從地形地貌看，邊坡前緣地形較緩，后部地形較陡，與其后方基巖陡壁成脫離之勢，即邊坡后部的自身重力對邊坡中部前部形成加載，提供了動力條件，變形是由后至前的推移式。此外，邊坡前部由于人工開挖，前部形成臨空面，為邊坡滑移提供了空間條件。從邊坡變形部位可以看出，斜坡整體在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨狀態(tài)下處于蠕滑變形階段。

1#邊坡邊界明顯，后緣最大下錯高差17.0 m。坡體整體向前滑移，左右邊界明顯，前緣呈扇形堆積，邊坡表層土體風化嚴重，滑坡土體呈松散堆積狀，表層主要為粉質(zhì)植被土，厚度約30 cm，下層為粉質(zhì)粘土，砂土粘粒含量較低，約占10%；局部地段還出現(xiàn)粉質(zhì)粘土。2#邊坡位于1#邊坡右側(cè)方向，邊坡左側(cè)邊緣與1#邊坡相連，右側(cè)臨空。坡面較平整，沒有出現(xiàn)明顯的滑移現(xiàn)象，坡腳約60°，無明顯垮塌，整體性較好。滑坡土體為粉質(zhì)粘土，受外部擾動易垮塌。

根據(jù)地形地貌，地表變形跡象結(jié)合邊坡具體變化情況可以看出，斜坡現(xiàn)階段在天然狀態(tài)下保持穩(wěn)定，在暴雨狀態(tài)下后部土體將繼續(xù)加大下滑趨勢，推移前緣土體。在變形積聚到一定程度的時候，斜坡將發(fā)生整體滑動破壞，對前緣的公路及人民生命財產(chǎn)造成威脅。

2雙聚材料概況

雙聚材料由成都理工大學(xué)裴向軍教授自主研發(fā)，屬于長期有效而且環(huán)保無污染的公路邊坡土體防滲固化新材料，并在新疆阿勒泰地區(qū)吉木乃到吉木乃口岸公路K16段2#邊坡進行實地應(yīng)用及路用效果驗證。研究區(qū)邊坡防護所選用的雙聚有機材料為無毒、耐酸堿、易溶于水的化工制品，按一定濃度稀釋后呈膠水狀，具有一定強度的粘結(jié)力，抗拉性能良好、可伸展度較大。當溶液與碎石土拌合碾壓成型時，可在土體內(nèi)形成微觀致密的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將各骨架組織包裹連接，使土體具有一定的抗拉抗壓性能，增強其防沖刷能力。作為一種新型材料，國內(nèi)外(尤其是我國西北干旱區(qū))公路邊坡病害的治理中對雙聚材料的研究與應(yīng)用依然較少；雙聚材料因其所具有的材料特性(無味無毒、易溶于水，具有較強的抗風蝕、耐老化、耐腐蝕性能)能夠滿足相關(guān)要求而被應(yīng)用于此地區(qū)公路病害治理的研究項目中；麥秸稈以其良好的柔韌性和抗拉性能，能適應(yīng)土體的變形，在土體內(nèi)可起到加筋的效果和空間約束土體變形的作用，也將其拌入土體內(nèi)一同研究其作用效果。

室內(nèi)試驗分析得到雙聚材料與土料混合后，能在土體內(nèi)部形成微觀致密的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、將各骨架組織包裹連接，使土體具有一定的抗拉抗壓能力，減小土體滲透系數(shù)。圖1、圖2為通過微觀電鏡掃描和其他試驗手段對上述結(jié)論的佐證。

試樣在放大1 000倍時，從拍攝的圖像中可以看出，普通砂土顆粒未加雙聚材料時顆粒間界限清晰，以點接觸為主，伴有棱角-棱邊接觸，架空孔隙較多；摻入0.35%雙聚材料的砂土顆粒在放大相同倍數(shù)時顆粒間界限不明顯，架空孔隙減少，材料將各骨架組織包裹連接，細小顆粒形成團粒體，土體變的致密。

3麥秸稈加固坡表機理

為了能夠?qū)⑵卤砹芽p長度和寬度控制在允許范圍內(nèi)，同時滿足雙聚材料在土體內(nèi)有足夠的作用時間的要求；參考相關(guān)工程的經(jīng)驗，考慮到麥秸稈具有一定的抗拉能力和延展性，可很好地適應(yīng)土體的變形，所以在土體內(nèi)拌入麥秸稈以提高土體性能。當與砂土拌和后處理邊坡時，可在起到土體內(nèi)加筋的效果，提高土的內(nèi)摩擦力，使土體內(nèi)的拉應(yīng)力分散均勻；麥秸稈均勻攪拌在土中，無序分布的麥秸稈之間存在著無數(shù)的交織點，當受到外力作用時，受力點處有產(chǎn)生位移的趨勢，此時臨近的相互交織麥秸稈就會阻止這種位移，起到空間約束的作用。同時附著于麥秸稈表面的雙聚材料也再次增強秸稈的抗拉能力，延長了麥秸稈的抗風化壽命；而且后期當水分蒸發(fā)坡體體積穩(wěn)定時，土體內(nèi)的麥秸稈提供了足夠的拉力保證坡表變形可控。

現(xiàn)場試驗還發(fā)現(xiàn)，麥秸稈過長時處理效果并不理想，局部出現(xiàn)寬度達5 mm長度約為1.1 m的貫通裂縫。這是由于麥秸稈過長時，與砂土無法拌和的充分均勻，而且當水分大量蒸發(fā)后形成局部麥秸稈扎堆，而其他部位因無秸稈而產(chǎn)生拉應(yīng)力集中致使處理面層開裂。實踐證明，當秸稈被切成4～6 cm長度時，與土拌和更均勻，土體內(nèi)應(yīng)力分布較均勻，面層裂縫數(shù)量明顯減少、長度縮短。

4材料對砂土性質(zhì)影響分析

當雙聚材料充分發(fā)揮作用時，一方面加固土體，提高土體強度，另一方面，減少雨水下滲，由于覆蓋于路基斜坡或邊坡的處理面層有足夠厚度，阻止了土體內(nèi)水分的大量蒸發(fā)；同時，土體又具有透水性能，雨季時可使少量雨水儲存于土體內(nèi)，保證了植物生長所需水分。

5結(jié)論

本次依托新疆交通建設(shè)集團吉木乃-吉木乃口岸公路改建項目選擇典型的變形公路邊坡將雙聚材料加固邊坡技術(shù)大面積投入使用，是將室內(nèi)成果正式投入使用，施工按時完工；光滑平整的加固坡面層使得整個坡面如同蓋了一層保護膜，表面生長的植物，同周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，改善行車環(huán)境。首次投入使用，人力投入較大，施工技術(shù)還處于探索階段，但是隨著施工應(yīng)用的增加，可以繼續(xù)研究簡便快捷的施工工法，縮短施工工期，保證工程質(zhì)量的前提下節(jié)約成本。

雙聚材料加固公路邊坡的技術(shù)成果已基本成熟，但是材料本身存在一個老化的問題，對于雙聚材料老化速度的研究是值得進一步研究的問題。雙聚材料加固土適宜旱寒區(qū)植物生長，植被護坡將成為材料老化后穩(wěn)定邊坡的重要方式。今后可進一步將完善的雙聚材料加固技術(shù)中材料用量、土壤性質(zhì)、適宜條件、施工工法等因素結(jié)合起來制定出相關(guān)的施工標準規(guī)范。

參考文獻：

[1]李敏，柴壽喜，魏麗. 麥秸稈的力學(xué)性能及加筋濱海鹽漬土的抗壓強度研究[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報，2009，(4):545-549.

[2]張艷美，張旭東，張鴻儒.土工合成纖維土補強機理試驗研究及工程應(yīng)用[J].巖土力學(xué)， 2005，26(8): 1323-1326.

[3]李敏,柴壽喜,魏麗.麥秸稈的力學(xué)性能及加筋濱海鹽漬土的抗壓強度研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2009，17(4)：545，549.

收稿日期：2016-04-08

作者簡介：鮮麗菊(1988-)，女，新疆昭蘇人，碩士研究生，主要從事公路工程專業(yè)研究。

中圖分類號：U412

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)05-0027-02