盧紹珍

(青海省公路建設管理局 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，水土流失比較嚴重，一旦地表植被因施工遭到破壞，很難恢復。近幾年隨著公路工程項目大規(guī)模推進，需要大量的建筑材料用于路基的填筑。但是當?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，保護生態(tài)環(huán)境，將儲量豐富的各類黃土變廢為寶，應用到公路建設中顯得迫在眉睫，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、結構呈疏松狀態(tài)[1]。通常在沒有受水浸濕時，強度較高，壓縮性較小。當黃土在遇水、受水浸濕時，土體結構會很快遭到破壞，隨之產(chǎn)生較大的沉降量，強度也隨之迅速降低。因此在建設工程實施中遇到濕陷性黃土，應根據(jù)結構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。在公路建設中一般對黃土路基路段采用CRB值好，穩(wěn)定性好的填料進行換填，比如一般采用砂礫換填等辦法。或者綜合考慮現(xiàn)場實際情況，在填料選擇有限的地區(qū)采用石灰或化學劑改良的方法對黃土進行改良。對于直接廢棄或用石灰、化學劑改良[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、成本過高等一系列不利影響。

1.2 濕陷性黃土改良機理

處理濕陷性黃土的方法主要有強夯、重錘表層夯實及墊層法、擠密樁法、樁基礎、化學加固法、預浸水法等等[3]，其本質(zhì)就是使之與土壤發(fā)生一定程度的物理、化學反應，達到通過改變原土的物理力學性質(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，借以達到約束土粒的結果。

2 濕陷性黃土水穩(wěn)性試驗方案

根據(jù)以上對濕陷性黃土工程特性和改良機理分析，大湟平公路中擬采用水泥進行水穩(wěn)性研究。實驗中水泥摻量分別以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，并將制備養(yǎng)護好的試件按此分為三組，滿足要求后測得其抗壓強度。以3個試件為為一組[4]，測得平均抗壓強度。第一組(1#)試件養(yǎng)護到28d后放入烘箱在105～110℃下烘8h，測抗壓強度；第二組(1#)試件養(yǎng)護到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度；第三組(3#)試件養(yǎng)護到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度。

濕陷性黃土的水穩(wěn)、軟化系數(shù)和強度損失分別按下式計算：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：D1(%)，D2(%)——強度損失；

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度(單位MPa)。

3 水穩(wěn)性試驗結果與分析

按上述試驗方案及操作步驟進行不同水泥配合比改良黃土的水穩(wěn)性試驗，各取土場不同配合比水泥改良黃土水穩(wěn)性試驗結果，根據(jù)表1～3中試驗結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)定性試驗結果(單位：MPa)

表2 2#水泥改良黃土水穩(wěn)定性試驗結果(單位：MPa)

表3 3#水泥改良黃土水穩(wěn)定性試驗結果(單位：MPa)

3.1 第一組水泥改良黃土水穩(wěn)定性結果與分析

從圖1可以看出：試件在經(jīng)烘箱烘過后抗壓強度陡然增加，并且浸水強度遠遠小于未浸水強度。第一組試件未浸水烘干后抗壓強度在增長到7%水泥劑量后出現(xiàn)下降；第二組試件浸水后烘干抗壓強度在水泥劑量5%后逐漸下降；第三組試件浸水后抗壓強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度和第二組試件浸水后烘干抗壓強度線型呈波浪形，強度不穩(wěn)定，在水泥計量達到6%時強度增加，然后減小趨于穩(wěn)定；第三組試件浸水抗壓強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)定性結果與分析

圖5 水泥改良黃土水穩(wěn)性抗壓強度曲線圖(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度和第二組試件浸水后烘干抗壓強度線型呈波浪形，強度不穩(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度，對水泥改良黃土的水穩(wěn)性進行比較分析?？梢钥闯鏊喔牧键S土的強度穩(wěn)定，水穩(wěn)性較好。結合現(xiàn)場實際情況，水泥改良黃土減少現(xiàn)場的土石調(diào)配方量和運距，具有較好的經(jīng)濟效益，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。