發(fā)布時(shí)間：2016-01-06所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 在當(dāng)前南水北調(diào)中新工程建設(shè)上有什么新的管理制度呢，同時(shí)當(dāng)下工程建設(shè)的新發(fā)展模式有什么轉(zhuǎn)變呢?本文是一篇土木工程論文。我們也通過水泥改性土的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，確定了改性土的水泥摻量以及選定了合理的施工壓實(shí)參數(shù)，為后續(xù)大規(guī)模膨脹土渠段換填
在當(dāng)前南水北調(diào)中新工程建設(shè)上有什么新的管理制度呢，同時(shí)當(dāng)下工程建設(shè)的新發(fā)展模式有什么轉(zhuǎn)變呢?本文是一篇土木工程論文。我們也通過水泥改性土的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，確定了改性土的水泥摻量以及選定了合理的施工壓實(shí)參數(shù)，為后續(xù)大規(guī)模膨脹土渠段換填施工提供指導(dǎo)性依據(jù)。
摘要：根據(jù)南水北調(diào)膨脹土渠段處理相關(guān)技術(shù)要求，結(jié)合水泥改性土室內(nèi)試驗(yàn)，研究得出自由膨脹率在36%～45%之間的天然土料摻4%的P0425的普通硅酸鹽水泥能滿足水泥改性土控制指標(biāo)要求，通過水泥改性土的室外碾壓試驗(yàn)研究得出最優(yōu)含水率為19.6%、最大干密度為1.72g/cm3、水泥摻量為4%的改性土，鋪土厚度為35cm，采用20t的自行式凸塊碾，行走速度控制在2～3km/h，碾壓8遍為最優(yōu)施工參數(shù)組合。
關(guān)鍵詞：南水北調(diào);水泥改性土;碾壓試驗(yàn);膨脹土渠段,土木工程論文
南水北調(diào)是國(guó)家的重要戰(zhàn)略性工程，施工戰(zhàn)線長(zhǎng)，膨脹土工程地質(zhì)隨處可見。膨脹土有顯著的干燥收縮、吸水膨脹和強(qiáng)度衰減特點(diǎn)，這種特殊性對(duì)工程危害性極大。對(duì)于渠道工程的危害主要表現(xiàn)為造成土(巖)層結(jié)構(gòu)破壞從而引起邊坡的失穩(wěn)，其結(jié)果直接影響輸水工程的安全運(yùn)行，另外，目前我國(guó)在膨脹土(巖)地基上修建大型渠道的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，因此膨脹土(巖)渠段施工是南水北調(diào)中線工程的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。為解決膨脹土對(duì)渠坡穩(wěn)定性的影響，對(duì)膨脹土(巖)渠段主要采用了對(duì)膨脹性渠床進(jìn)行換填措施為主的處理方案。而施工工藝決定著施工質(zhì)量的好壞，因此水泥改性土施工參數(shù)的確定尤為關(guān)鍵。
工程論文：《土木建筑工程信息技術(shù)》，《土木建筑工程信息技術(shù)》(季刊)創(chuàng)刊于2009年，是經(jīng)國(guó)家新聞出版總署批準(zhǔn)登記注冊(cè)，由中國(guó)科協(xié)主管、中國(guó)工程圖學(xué)學(xué)會(huì)主辦的國(guó)家一級(jí)刊物，面向國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行。本刊旨在全面反映國(guó)內(nèi)外土木工程行業(yè)在圖學(xué)和信息技術(shù)方面的成果與動(dòng)態(tài)，堅(jiān)持理論與實(shí)踐并重，提高與普及兼容，推動(dòng)土木工程行業(yè)信息化建設(shè)步伐，提升土木工程行業(yè)信息化整體水平。本刊是國(guó)內(nèi)土木工程行業(yè)專門進(jìn)行圖學(xué)和信息技術(shù)交流的惟一刊物，面向全國(guó)從事建筑、市政、道路、橋梁、交通、石化、電力等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、科研、施工和工程管理的廣大工程技術(shù)人員，以及工程類高等院校師生等。
一、工程實(shí)例
南水北調(diào)中線工程總干渠全長(zhǎng)1427.17Km，涉及膨脹土渠段約340Km，以其中某一渠段為例：南水北調(diào)中線某工程位于河南省平頂山市魯山縣境內(nèi)，起點(diǎn)樁號(hào)215+811，終點(diǎn)樁號(hào)229+262，全長(zhǎng)為13.451km，該段涉及膨脹土(巖)分布區(qū)的長(zhǎng)度為11.454km，約占渠道總長(zhǎng)的85.2%，其中弱膨脹土渠段累計(jì)長(zhǎng)9.748km;中膨脹土(巖)渠段累計(jì)長(zhǎng)2.49km;強(qiáng)膨脹巖渠段累計(jì)長(zhǎng)1.35km。
二、水泥改性土碾壓試驗(yàn)研究
2.1水泥改性機(jī)理
水泥對(duì)膨脹土改性的機(jī)理，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的C-S-H和C-A-H凝膠附著在顆粒表面，具有較強(qiáng)的膠結(jié)力并形成了Ca(OH)2;
(2)Ca2+與土顆粒表面吸附離子交換反應(yīng)，使土顆粒吸水性能改進(jìn)和團(tuán)粒化，增加膨脹土的水穩(wěn)定性;
(3)Ca2+、OH-滲透進(jìn)入土顆粒內(nèi)部，與粘土礦物發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，繼續(xù)生成膠凝物質(zhì)，可減少親水粘土礦物的含量，并提高土顆粒間的連接強(qiáng)度。
2.2 室內(nèi)試驗(yàn)
自由膨脹率指標(biāo)反映的是膨脹土物質(zhì)成分的膨脹性能，與含水量、密度等狀態(tài)無關(guān)，故可作為判別水泥改性效果的主要指標(biāo)。隨著對(duì)膨脹土認(rèn)識(shí)的不斷加深，通過膨脹土特性試驗(yàn)研究和實(shí)際工程情況，結(jié)合不同自由膨脹率天然土料改性土水泥摻量室內(nèi)試驗(yàn)控制指標(biāo)參考值[1]詳見下表。
表1 不同自由膨脹率天然土料改性土水泥摻量室內(nèi)試驗(yàn)控制指標(biāo)參考值
原狀土自由膨脹率α(%) 水泥改性土控制指標(biāo)
28 天自由膨脹率(%) 標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)最大干密度(kg/m3 28 天飽和無側(cè)限
抗壓強(qiáng)度(kPa) 水泥摻量 S(重量比)
試驗(yàn)參考摻量 最小值 摻量確定
序號(hào) ① ② ③ ④ ⑤ 滿足①②③⑤要求
21～35 -- ≥1.67 ― 3% 3%
36～45 ≤0.70×α ≥1.66 ≥250 4% 3%
46～55 ≤0.65×α ≥1.65 ≥300 5% 4%
56～65 ≤0.60×α ≥1.63 ≥350 6% 5%
在上述工程實(shí)例中取代表性的土樣中測(cè)定的原狀土自由膨脹率情況為37.8%，分別摻入3%、4%水泥進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，得出最優(yōu)含水量在19.6%對(duì)應(yīng)28d自由膨脹率、標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)最大干密度、28d飽無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和水泥摻量等指標(biāo)。詳見表2。
表2 不同水泥摻量水泥改性土室內(nèi)試驗(yàn)成果表
水泥摻量 28 天自由膨脹率(%) 標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)最大干密度(kg/m3) 28 天飽和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(kPa)
3% 19 1.74 260
4% 16 1.72 320
規(guī)定指標(biāo)要求 ≤0.70×α ≥1.66 ≥250
備注：天然土料自由膨脹率α為37.8%
通過以上數(shù)據(jù)分析，水泥摻入3%和4%均能滿足要求，但水泥摻量3%試驗(yàn)結(jié)果中28天飽和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度接近上限。由于施工過程中影響因數(shù)較多，為滿足規(guī)定指標(biāo)要求，能更好的指導(dǎo)水泥改性土后期施工，因此選定摻4%水泥改性土。
2.3 現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)
根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果摻入4%水泥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，碾壓試驗(yàn)共分五場(chǎng)，通過前三場(chǎng)找出最佳施工參數(shù)，然后進(jìn)行第四場(chǎng)變含水試驗(yàn)和第五場(chǎng)復(fù)核試驗(yàn)。
鋪土采用進(jìn)占法，分別鋪筑厚度分0.30m、0.35m、0.4m三個(gè)碾壓條帶，每一個(gè)條帶采用20t凸塊振動(dòng)碾碾壓，碾壓時(shí)采用進(jìn)退錯(cuò)距法，行走速度控制在2～3m/h，振動(dòng)碾行走一次為一遍，每個(gè)碾壓條帶搭接寬度大于0.5m，依次碾壓4遍、6遍、8遍(根據(jù)實(shí)際壓實(shí)效果適當(dāng)增減碾壓遍數(shù));碾壓時(shí)先靜壓兩遍，然后進(jìn)行振動(dòng)碾壓。
試驗(yàn)過程中記錄對(duì)不同的鋪土厚度和不同壓實(shí)遍數(shù)進(jìn)行干密度試驗(yàn)，經(jīng)整理并繪出壓實(shí)遍數(shù)和干密度、壓實(shí)度的關(guān)系曲線如下圖，最后根據(jù)設(shè)計(jì)干容重，并結(jié)合上述曲線計(jì)算出最優(yōu)碾壓組合(鋪土厚度、碾壓遍數(shù)、最優(yōu)含水率)。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析：(1)鋪料30cm，碾壓6遍，可滿足設(shè)計(jì)要求，但接近下限，繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)，碾壓6遍、8遍后，壓實(shí)度均能滿足設(shè)計(jì)要求， 且已無明顯增長(zhǎng)，因此鋪料30cm時(shí)，宜碾壓8遍。
(2)鋪料35cm，壓實(shí)度隨碾壓遍數(shù)的增加而變大，碾壓4遍，不能滿足設(shè)計(jì)要求，繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)，碾壓后6遍后，壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求，但接近下限，繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)可提高壓實(shí)效果，所以在鋪料35cm的條件下，碾壓遍數(shù)宜控制在8遍。
(3)鋪料40cm，碾壓4遍、6遍后，壓實(shí)度均不滿足設(shè)計(jì)要求，因此繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)，碾壓8遍后，可滿足設(shè)計(jì)要求，但接近下限。因此鋪料40cm繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)。
圖1碾壓遍數(shù)與干密度關(guān)系圖
圖2碾壓遍數(shù)與壓實(shí)度關(guān)系圖
通過前三場(chǎng)試驗(yàn)的對(duì)比，得出摻4%水泥的改性土，鋪料厚度35cm，碾壓8遍，相對(duì)最優(yōu)。因此選取該參數(shù)進(jìn)行復(fù)核試驗(yàn)及變含水試驗(yàn)。在變含水試驗(yàn)中采用含水率為ω+1%(ω：最優(yōu)含水率。)，ω+3%，分別碾壓8遍后，進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)均可滿足設(shè)計(jì)要求(設(shè)計(jì)指標(biāo)≥98%)。第五場(chǎng)試驗(yàn)通過以上確定的相對(duì)最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)行復(fù)核試驗(yàn)，并加大取樣數(shù)量。得出摻4%水泥改性土，鋪料厚度35cm，碾壓8遍，此參數(shù)可行。
2.4 碾壓試驗(yàn)成果
通過上述試驗(yàn)組合，擬定現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)如下，見表3。
