大湟平公路水泥改良濕陷性黃土水穩(wěn)性試驗(yàn)對比分析研究

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，必然會造成周圍生態(tài)環(huán)境污染，還會占用大量耕地。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，強(qiáng)度較高，壓縮性較小。當(dāng)黃土在遇水、受水浸濕時，土體結(jié)構(gòu)會很快遭到破壞，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，防止地基濕陷對建筑物或公路路基產(chǎn)生損害。在公路建設(shè)中一般對黃土路基路段采用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)劑改良的方法對黃土進(jìn)行改良。對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)到通過改變原土的物理力學(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，滿足要求后測得其抗壓強(qiáng)度。以3個試件為為一組[4]，測得平均抗壓強(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，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。

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，在水泥計量達(dá)到6%時強(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。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，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。

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其抗壓強(qiáng)度，對水泥改良黃土的水穩(wěn)性進(jìn)行比較分析?？梢钥闯鏊喔牧键S土的強(qiáng)度穩(wěn)定，水穩(wěn)性較好。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，水泥改良黃土減少現(xiàn)場的土石調(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、環(huán)保效益。