鄂北工程改性膨胀土压实特性试验研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 147 鄂北工程改性膨胀土压实特性试验研究 包 喆1 秦慕婕2(通讯作者)1.鄂北水资源配置工程建设与管理局(筹),湖北 武汉 430000 2.湖北省汉江河道管理局,湖北 潜江 433100 摘要:摘要:鄂北地区水资源配置工程某标段明渠位于中等膨胀性粘土地区,拟采用掺水泥改性土(水泥掺量 3%-4%)进行换填,改性土回填压实度不低于 96%。为此,在现场开展了改性膨胀土压实特性试验研究,研究成果表明:(1)当膨胀土中掺加 4%的水泥后,其自由膨胀率可控制在 40%以内,满足设计要求;(2)改性膨胀土的土料含水率亦控制在最优含水率23.0%的-2%+2%范围内,土
2、块粒径不大于 5cm。采用进占法铺料,人工配合推土机摊铺整平。采用松铺厚度 30cm,水泥掺量 4%,静压 1 遍,振动碾压 4 遍。采取以上施工工艺,即可满足设计要求。试验成果为类似工程提供参考。关键词:关键词:鄂北调水;改性膨胀土;压实特性;施工参数 中图分类中图分类号:号:TV443 1 概述 鄂北地区水资源配置工程是国家 172 项重大水利工程之一,工程总投资 180 亿元。根据 南水北调中线工程规划将汉江中下游干流供水区水源调剂水量2.91 亿立方米水进行资源配置,工程将汉江水资源引调到随州、唐东、唐西、大悟等地,来解决鄂北地区性水资源短缺问题。从根本上解决生产生活用水难题,侧面有助
3、于地方经济发展。使得农业灌溉和生态环境用水条件真正得到改善。2 工程膨胀土情况 该工程渠坡及渠基土层主要有:中更新统阎庄组(Q2ydl)黄褐色、褐黄色、红褐色粘土,局部夹壤土透镜层,含蓝灰色条带状或网纹状高岭土条纹或条带,局部含黑褐色铁锰质氧化物及其结核;上更新统琚湾组(Q3jal)灰褐色、黄褐色、褐黄色粘土,局部夹壤土透镜层,含蓝灰色条带状或网纹状高岭土条纹或条带,局部含黑褐色铁锰质氧化物及其结核。1依据岩土工程勘察规范(GB50021-2001)“附录 D 膨胀土初判方法”初步判定渠道沿线土层具膨胀性。2.1 膨胀土的分类原则及分类 在初判渠道土层为膨胀性土的基础上,本阶段结合渠道膨胀土的
4、相关试验指标,根据 膨胀土地区建筑技术规范(GB50112-2013)规定,并参照鄂北岗地膨胀土特性及渠道滑坡防护与整治的研究报告(湖北省水利学会膨胀土研究课题组 1991 年 4 月编制)结合“南水北调中线引江济汉工程”实例,对“鄂北地区水资源配置工程”膨胀土的膨胀潜势做出如下分类,分类指标见表 1。表 1 鄂北地区水资源配置工程渠道膨胀土的膨胀潜势分类指标 名 称 膨胀性潜势 弱 中 强 塑性指数 Ip 15,23)23,30)30,)自由膨胀率ef(%)40,65)65,90)90,)表中“自由膨胀率ef”可作为膨胀土的主判指标,“塑性指数”可作为参考。根据指标数据膨胀性潜势,将膨胀土可
5、分成弱、中、强三类。结合研究“南水北调中线膨胀土的分类标准”、“南水北调中线河南南阳段膨胀土试验”情况,综合考虑工程施工条件以及各方因素,对“鄂北工程”在渠道膨胀土分类时按照“膨胀潜势”样本数的 30%划分,如果某渠段“膨胀潜势”等级样本数超过该渠段样本总数的 30%,该渠段膨胀土“膨胀潜势”等级为应首先满足的该等级。根据上述分类原则,从而划分出渠道膨胀土膨胀潜势分类。根据分类,确定文中研究渠段存渠位于中等“膨胀性粘土地区”。中国科技期刊数据库 工业 A 148 膨胀土是一种富含粘土矿物的工程灾害性土,其 具有超固结性、胀缩性及强度衰减性2,因其吸水膨胀、失水收缩的特性往往会对工程结构造成不可
6、逆的损伤.对工程会造成不利影响。目前处理膨胀土路基的主要措施可分为三类,具体可概括为换填、控制湿度以及改良3。“鄂北水资源配置工程”膨胀土渠坡再此可分为两种渠坡处理方式,综合分析“南水北调中线南阳地区膨胀土研究”情况,对鄂北水资源配置工程的膨胀土渠坡可做如下处理:(1)中等膨胀土渠坡:对于挖方渠段,坡顶采用粘土防渗,坡面排水;渠坡渠顶高程以下用非膨胀土或改良土进行置换处理,换土厚度一般为2m,坡面采用植草护坡。对于半挖半填段,对地面以下渠坡进行换土回填,换土厚度同上。1(2)弱膨胀土渠坡:本工程范围内的土层均具有膨胀性,根据引丹灌区渠道运行情况,局部存在渠坡稳定问题,建议挖方渠段坡顶仍采用防渗
7、、坡面排水措施;渠道采用非膨胀土或改良土进行置换处理,换土厚度一般为 1m 左右1。根据以上判定,“鄂北地区水资源配置工程”此文研究标段,明渠位膨胀土处理方式最终为明渠底、渠顶、明渠内边坡、改性土置换 1.0m 厚度。根据设计核定,本研究标段“膨胀土处理”工程量95436m3,按照换填掺量 3%-4%水泥改性土来要求,且“压实度”不低于 96%。本渠道可利用的填筑土料,根据土质的不同,分别取样 3 组进行土工试验,经检验,土样自由膨胀率在25%61%之间,天然含水率在 22.0%25.5%之间,均需要进行改性土换填处理。在此基础上,将所取土样在室内进行不同水泥掺量的改性土拌合试验,确定了本标段
8、用于改性土施工的土料水泥掺量为 4%,其改性后膨胀试验结果符合设计要求,可用于回填。3 膨胀土施工试验目的 膨胀土施工试验综合研究了施工中用到的参数,试验目的,为给施工具体方案提供支称,拟定了改性土“现场碾压试验”方案,为“改性土换填”施工作业面的开工及铺展提供了依据。“试验”后,施工中的“铺土厚度”、“压实遍数”、“压实方法”、“适宜的含水量范围”等参数得到了合理拟定;一定程度上对质量控制起到了帮助作用。给施工提供了充足的依据。4 试验方案 4.1 机械设备 现场试验采用 26t 凸块压路机 1 台、推土机 1 台、反铲挖掘机 1 台、自卸汽车 3 台、装载机 3 台,水泥稳定土拌合系统,碾
9、压机具技术参数如表 2 所示。4.2 填筑料源 拟用于碾压试验的填筑料已进行了击实试验,最大干密度为 1.62g/cm3,最优含水率为 23%。本次试验所用的所用“天然含水率原样土”中加入了 4%的普通硅酸盐 P O 42.5 袋装水泥,并通过“自卸汽车”运至“试验场地”。4.3 试验场地 试验前对场地表层土进行清理,表面采用推土机整平,26t 振动碾碾压 8 遍,现场干密度检测结果如表3 所示,基础面碾压检测结果满足压实度 96%要求。表 3 基础面碾压成果表 序号 干密度(g/cm3)含水率(%)压实度(%)1 1.61 21.3 98.8 2 1.60 22.0 98.2 3 1.59
10、21.6 97.5 4 1.61 22.0 98.8 5 1.60 21.6 98.2 6 1.62 21.2 99.4 7 1.60 22.4 98.2 8 1.60 22.6 98.2 9 1.61 23.0 98.8 10 1.61 22.6 98.8 4.4 铺料厚度及碾压遍数“现场碾压试验”共布置 9 个分组,铺料上选取碾压厚度分别为 20、30、40,先采用静压方式压 1 遍后,振碾压分别设置碾压 4、5、6 遍,具体试验数据见下表 4。表 4 碾压试验单元组合表 铺料厚度(cm)20 30 40 碾压遍数 4 4 4 表 2 碾压机具技术参数 振动碾 型号 振动 方式 工作 质量
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