河堤加固中低液限黏土擊實(shí)試驗(yàn)研究

賈　佳　史皓男

(遼寧省康平縣水利局，遼寧 沈陽(yáng)　110500)

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河堤加固中低液限黏土擊實(shí)試驗(yàn)研究

賈佳史皓男

(遼寧省康平縣水利局，遼寧 沈陽(yáng)110500)

【摘要】堤防是防御洪水、保護(hù)沿河人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的重要屏障，其填筑材料決定著其穩(wěn)定性及防護(hù)能力?？灯娇h西遼河治理工程區(qū)范圍內(nèi)，土料均為低液限黏土，在堤防填筑過(guò)程中難以壓實(shí)，土體穩(wěn)定性差。因此，通過(guò)對(duì)低液限黏土取樣、基本性質(zhì)試驗(yàn)及擊實(shí)試驗(yàn)，研究其基本性質(zhì)與擊實(shí)性能，可為堤防的設(shè)計(jì)和施工提供有力的技術(shù)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】堤防加固； 低液限黏土； 基本性質(zhì)； 擊實(shí)試驗(yàn)

1引言

堤防是河道的重要組成部分，是防御洪水、保護(hù)沿河人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的重要屏障[1-2]。而堤防填筑材料的選取又是決定堤防穩(wěn)定性、防滲性能的關(guān)鍵因素。康平縣位于遼河流域，屬于北溫帶季風(fēng)型氣候，降水量偏少，多年平均降水量為524mm。康平縣位于遼河西岸，由于河堤兩岸阻水建筑物較多，導(dǎo)致水位壅高，防洪堤多處存在安全隱患。遼河在康平縣境內(nèi)共有套堤9個(gè)，總長(zhǎng)度 17.17km，治理工程區(qū)面積為6.23km2?？灯娇h西遼河治理工程區(qū)范圍內(nèi)的土料均為低液限黏土，具有液限低、塑性指數(shù)小等特點(diǎn)，在堤防填筑過(guò)程中難以壓實(shí)，土體穩(wěn)定性差[3]。若另外從其他堤防選取土料場(chǎng)，會(huì)增大運(yùn)距，增加工程的投資，還會(huì)涉及環(huán)保等問(wèn)題。因此如何采用低液限黏土填筑堤防，并保證填筑質(zhì)量是該工程的重點(diǎn)。在工程區(qū)樁號(hào)SR0+000～SR1+910(Ⅰ標(biāo))、SR1+910～SR3+810(Ⅱ標(biāo))、SR3+810～SR5+610(Ⅲ標(biāo))和SR5+610～SR7+480(Ⅳ標(biāo))范圍內(nèi)的堤防附近各選取一處土料場(chǎng)，在土料場(chǎng)內(nèi)選取有代表性的位置，開(kāi)挖探坑，在探坑的0.5m、1.0m和1.5m深度處，按試驗(yàn)的要求各取樣20kg[4-6]。通過(guò)對(duì)低液限黏土取樣、基本性質(zhì)試驗(yàn)及擊實(shí)試驗(yàn)，研究其基本性質(zhì)及擊實(shí)性能，為堤防的設(shè)計(jì)和施工提供有力的技術(shù)依據(jù)。

2基本性質(zhì)試驗(yàn)及結(jié)果分析

土料的基本性質(zhì)試驗(yàn)包括天然含水率試驗(yàn)、比重試驗(yàn)、液塑限試驗(yàn)和顆粒分析試驗(yàn)等，試驗(yàn)方法按照《水利水電工程土工試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 5335—2006)的要求進(jìn)行[7]。

天然含水率試驗(yàn)：將取回的土樣攪拌均勻后，取代表性試樣稱重后，放入烘箱，按規(guī)范要求烘干后稱重，按式(1)計(jì)算土樣的含水率：

(1)

式中w——土樣含水率；

m——樣品質(zhì)量；

md——烘干后樣品質(zhì)量。

每組土樣進(jìn)行兩次平行測(cè)定，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，如表1所列。

表1　各標(biāo)段土料場(chǎng)天然含水率

由表1可知，上層土樣的天然含水率較低，下層土樣較高，同一深度不同標(biāo)段和同一標(biāo)段不同深度的土料天然含水率有所差異。應(yīng)根據(jù)后面擊實(shí)試驗(yàn)得到的最優(yōu)含水率來(lái)控制土料的含水率，對(duì)于上層含水率較低的土料可以灑適量的水，對(duì)于下層含水率較高的土料可以通過(guò)晾曬來(lái)適當(dāng)降低其含水率，在土料采挖、運(yùn)輸、卸料時(shí)應(yīng)讓上層土和下層土拌和，使其含水率接近填筑要求。

比重試驗(yàn)的結(jié)果按式(2)計(jì)算，每組土樣進(jìn)行兩次平行測(cè)定，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，如表2所列。

(2)

式中Gs——土的比重；

md——烘干試樣質(zhì)量；

m1——瓶、試液的總質(zhì)量；

m2——瓶、試液、試樣的總質(zhì)量；

GwT——T℃時(shí)試液的比重。

表2　各標(biāo)段土料場(chǎng)土料比重

由表2可知，各個(gè)標(biāo)段的土料比重比較接近，在2.68～2.72之間，平均值為2.70。

液塑限試驗(yàn)是先將土樣過(guò)0.5mm的篩，再取400g分成三份，加入不等量的水，測(cè)定不同圓錐下沉深度的土樣含水量，即得到液塑限，再用式(3)和式(4)計(jì)算塑性指數(shù)和液性指數(shù)，試驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果如表3所列。

(3)

(4)

式中IP——塑性指數(shù)；

wL——液限；

wP——塑限；

w——天然含水率；

IL——液性指數(shù)。

表3　各標(biāo)段液塑限試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，各標(biāo)段土料場(chǎng)的土料均為低液限黏土。

顆粒分析試驗(yàn)是根據(jù)顆粒級(jí)配和大小不同，采用篩析法、密度計(jì)法、移液管法、聯(lián)合法進(jìn)行測(cè)定，可以繪制出顆分曲線并分析其級(jí)配，采用不均勻系數(shù)CU和曲率系數(shù)CC來(lái)評(píng)價(jià)，見(jiàn)式(5)和式(6)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所列。

(5)

(6)

不均勻系數(shù)CU可以反映顆分曲線的陡緩，其值越大則曲線越陡，說(shuō)明土的顆粒大小不均勻；其值越小則曲線越緩，說(shuō)明顆粒大小均勻。曲率系數(shù)CC則反映的是顆分曲線的整體形狀、連續(xù)性和細(xì)顆粒含量。當(dāng)土的CU≥5且CC=1～3時(shí)，則判斷該土級(jí)配良好，反之則級(jí)配不良。

表4　土樣的不均勻系數(shù)及曲率系數(shù)

由表4可知，除Ⅰ標(biāo)的三個(gè)探坑土料級(jí)配良好之外，其他標(biāo)段大部分土料的級(jí)配都不良，曲率系數(shù)多數(shù)在1～3之間，說(shuō)明粒組比較連續(xù)，沒(méi)有明顯的缺失；不均勻系數(shù)多小于5，說(shuō)明其曲線較緩，土顆粒比較均勻。

3低液限黏土的擊實(shí)試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)步驟

本次試驗(yàn)采用輕型擊實(shí)試驗(yàn)，錘質(zhì)量2.6kg，落高315mm，其單位體積的擊實(shí)功為592.8kJ/m3。具體試驗(yàn)步驟如下：取有代表性的風(fēng)干土樣20kg，用人工或機(jī)械碾碎；過(guò)5mm篩，將篩下的土樣拌勻，并測(cè)定此時(shí)含水率，根據(jù)土的塑限估算最優(yōu)含水率，按照含水率依次相差2%制備兩個(gè)大于塑限、兩個(gè)小于塑限、1個(gè)接近塑限，共一組5個(gè)試樣；將2.5kg土樣放入盛土盤(pán)內(nèi)。按照上面的含水率噴濕，并密封靜置不少于12h；將擊實(shí)儀安裝固定好，在擊實(shí)筒內(nèi)壁和底板涂潤(rùn)滑油，將土樣分三層倒入，并分別擊實(shí)，每層25擊，每層接觸面刮毛，擊實(shí)完成后在護(hù)筒內(nèi)壁削挖一周，取下護(hù)筒和底板等，推出試樣并稱重。

3.2擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

擊實(shí)后的含水率根據(jù)式(1)計(jì)算，干密度按式(7)計(jì)算。

(7)

式中ρd——干密度，g/cm3；

ρ——濕密度，g/cm3；

w——含水率，%。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，以干密度為縱坐標(biāo)、含水率為橫坐標(biāo)繪制兩者的關(guān)系曲線，曲線上最高點(diǎn)的縱、橫坐標(biāo)即為最大干密度和最優(yōu)含水率。各標(biāo)段的土料擊實(shí)曲線如圖1～圖4所示。

圖1?、駱?biāo)土料擊實(shí)曲線

圖2　Ⅱ標(biāo)土料擊實(shí)曲線

圖3?、髽?biāo)土料擊實(shí)曲線

圖4?、魳?biāo)土料擊實(shí)曲線

由上述擊實(shí)曲線可以看出：Ⅰ標(biāo)土料場(chǎng)的三組試樣擊實(shí)曲線形狀較近似，數(shù)值離散性較小，最優(yōu)含水率較為接近，范圍在17.3%～18.8%之間，最大干密度差別很小，范圍在1.67～1.69 g/cm3之間；Ⅱ標(biāo)土料場(chǎng)的三組試樣擊實(shí)曲線形狀有差異，數(shù)值離散性較大，最優(yōu)含水率差別較大，范圍在16.9%～18.8%之間，最大干密度差別也較大，范圍在1.62～1.66g/cm3之間；Ⅲ標(biāo)土料場(chǎng)的三組試樣擊實(shí)曲線形狀較近似，其中兩組數(shù)值離散性較小，另外一組差別較大，最優(yōu)含水率較為接近，范圍在17.0%～18.0%之間，最大干密度差別很小，范圍在1.68～1.70g/cm3之間；Ⅳ標(biāo)土料場(chǎng)的三組試樣擊實(shí)曲線形狀差異較大，數(shù)值離散性大，最優(yōu)含水率較為接近，范圍在17.5%～18.5%之間，最大干密度差別較大且數(shù)值較小，范圍在1.59～1.65g/cm3之間。

根據(jù)上述結(jié)果可知：Ⅰ標(biāo)土料場(chǎng)土料的擊實(shí)性能比較接近，土質(zhì)較均勻；Ⅱ標(biāo)、Ⅲ標(biāo)和Ⅳ標(biāo)土料場(chǎng)各土料的擊實(shí)性能均差異較大，建議在施工時(shí)，將各土料場(chǎng)進(jìn)一步劃分并對(duì)劃分后的區(qū)域做擊實(shí)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選取合適的土料進(jìn)行堤防填筑施工。

4結(jié)論

通過(guò)對(duì)各標(biāo)段土料場(chǎng)的土料進(jìn)行基本性質(zhì)試驗(yàn)和擊實(shí)試驗(yàn)，對(duì)各土料場(chǎng)土料的擊實(shí)性能進(jìn)行了研究，結(jié)論如下：Ⅰ標(biāo)土料場(chǎng)的三組試樣最優(yōu)含水率平均值為18.0%，最大干密度平均值為1.68 g/cm3；Ⅱ標(biāo)土料場(chǎng)的三組試樣最優(yōu)含水率平均值為17.6%，最大干密度平均值為1.64g/cm3；Ⅲ標(biāo)土料場(chǎng)的三組試樣最優(yōu)含水率平均值為17.5%，最大干密度平均值為1.69g/cm3；Ⅳ標(biāo)土料場(chǎng)的三組試樣最優(yōu)含水率平均值為18.0%，最大干密度平均值為1.62g/cm3；Ⅰ標(biāo)土料場(chǎng)土料的擊實(shí)性能比較接近，土質(zhì)較均勻；Ⅱ標(biāo)、Ⅲ標(biāo)和Ⅳ標(biāo)土料場(chǎng)各土料的擊實(shí)性能均差異較大。

參考文獻(xiàn)

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Research on low liquid limit clay compaction test in embankment reinforcement

JIA Jia,SHI Haonan

(Liaoning Kangping County Water Resources Bureau,Shenyang 110500,China)

Abstract：Embankment is an important barrier to prevent flood and protect life and property safety of people along the river.The filling materials thereof determine the stability and prevention ability.Soil materials belong to low liquid limit clay in the scope of Kangping County Liaohe governance project area.It is difficult to compact the materials in the embankment filling process.The soil stability is poor.Therefore,the basic property and compaction performance thereof are studied through low liquid limit clay sampling,basic property test and compaction test,thereby providing powerful technical basis for embankment design and construction.

Key words：embankment reinforcement; low liquid limit clay; basic properties; compaction test

DOI:10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.06.010

中圖分類號(hào)：TV871

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1005-4774(2016)06-0037-04