沙漠地區(qū)輸電線路基礎(chǔ)水泥固化風(fēng)積沙技術(shù)的試驗(yàn)研究

徐玉波+李洋+李俊+付林+岳華剛+胡亞芳

摘 要：文章以新疆風(fēng)積沙地基為研究對(duì)象，提出水泥固化風(fēng)積沙復(fù)合土技術(shù)，主要是利用天然沙漠風(fēng)積沙地基的含水量，而不在現(xiàn)場(chǎng)施加水，天然狀態(tài)下風(fēng)積沙地基含水量變化范圍為0到3～4%之間。在文中主要闡述通過了直剪試驗(yàn)，確定天然狀態(tài)下風(fēng)積沙地基的水泥摻量，使黏聚強(qiáng)度達(dá)到峰值，從而大大提高沙漠地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：水泥固化風(fēng)積沙；含水量；直剪試驗(yàn)；水泥摻量

中圖分類號(hào)：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）03-0045-02

Abstract： Taking the aeolian sand foundation in Xinjiang as the research subject， this paper puts forward the technology of cement-solidified aeolian sand composite soil， which mainly uses the water content of the natural desert aeolian sand foundation， but does not apply water on the spot. The range of water content of aeolian sand foundation varies from 0 to 3～4% under natural conditions. In this paper， through direct shear test， the cement content of wind-sand foundation in natural state is determined， so that the cohesion strength reaches the peak value， thus greatly improving the stability of transmission line tower foundation in desert area.

Keywords： cement-solidified aeolian sand； water content； direct shear test； cement content

引言

大量文獻(xiàn)和試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料表面，沙漠風(fēng)積沙地基的天然含水量變化范圍為0到3～4%之間。水泥固化風(fēng)積沙復(fù)合土就是在天然風(fēng)積沙摻入一定量的水泥，拌和形成輸電線路桿塔基礎(chǔ)的回填料，經(jīng)壓實(shí)和回填后，摻入的水泥利用風(fēng)積沙中的自然含水量，通過一系列的物理化學(xué)作用，能明顯改善風(fēng)積沙的強(qiáng)度和變形特征，形成具有穩(wěn)定的抗壓、抗剪強(qiáng)度的水泥固化風(fēng)積沙地基。水泥固化風(fēng)積沙復(fù)合土體可大大提高沙漠地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，也有利于沙漠地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)的防風(fēng)固沙[3]。

水泥固化風(fēng)積沙復(fù)合土地基既可以應(yīng)用于風(fēng)積沙地基在外荷載或風(fēng)蝕的作用下不能滿足基礎(chǔ)承載性能要求時(shí)的基礎(chǔ)搶修，也可應(yīng)用于桿塔基礎(chǔ)因?yàn)?zāi)受損基礎(chǔ)重建工程中。

1 水泥固化風(fēng)積沙復(fù)合土強(qiáng)度試驗(yàn)

1.1 水泥摻量對(duì)水泥固化風(fēng)積沙復(fù)合土抗剪強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)風(fēng)積沙取自內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗庫布齊沙漠，粒徑主要集中在0.25mm～0.5mm。試驗(yàn)前，將風(fēng)積沙地基的含水量調(diào)整為3%。圖1顯示了100kPa、200kPa、300kPa和400kPa正應(yīng)力條件下3%含水量的風(fēng)積沙地基直剪試驗(yàn)剪切應(yīng)力-剪切位移和剪切位移-豎向位移關(guān)系曲線。

圖2 顯示了100kPa、200kPa、300kPa和400kPa正應(yīng)力條件下，3%含水量的風(fēng)積沙地基摻入3%、6%和9%水泥后的直剪試驗(yàn)剪切應(yīng)力-剪切位移和剪切位移-豎向位移關(guān)系曲線。根據(jù)直接剪切試驗(yàn)結(jié)果，按照摩爾-庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行抗剪強(qiáng)度擬合，即可得到相應(yīng)的黏聚強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角。

試驗(yàn)結(jié)果分析：（1）黏聚強(qiáng)度隨水泥摻量的增加有較明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，當(dāng)水泥摻量為6%時(shí)達(dá)到峰值，當(dāng)水泥摻量超過6%后，黏聚強(qiáng)度反而降低了，說明利用風(fēng)積沙地基天然含水量摻入水泥形成水泥固化風(fēng)積沙復(fù)合土?xí)r，控制水灰比為0.5 時(shí)比較合理。（2）當(dāng)水泥摻量為6%時(shí)，黏聚強(qiáng)度達(dá)到峰值，但相應(yīng)的內(nèi)摩擦角卻明顯降低。但總體上看，隨水泥摻量的增加，內(nèi)摩擦角的變化不明顯，說明在風(fēng)積沙地基中加入水泥，不能有效地提高內(nèi)摩擦力的作用。

1.2 水泥固化風(fēng)積沙復(fù)合土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

為進(jìn)一步獲得水泥固化風(fēng)積沙復(fù)合土抗壓強(qiáng)度，完成了14個(gè)風(fēng)積沙含水量為3%、水泥摻入量為6%的水泥形成水泥固化風(fēng)積沙復(fù)合土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果給出，水泥固化風(fēng)積沙復(fù)合土抗壓強(qiáng)度的平均值為0.156MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為0.074MPa。

2 水泥固化風(fēng)積沙桿塔基礎(chǔ)抗拔試驗(yàn)

2.1 模型試驗(yàn)裝置及其原理

利用國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室?guī)r土工程實(shí)驗(yàn)室的輸變電工程地基基礎(chǔ)大型室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)，完成了風(fēng)積沙和水泥固化風(fēng)積沙2 種地基條件下的桿塔基礎(chǔ)抗拔模型試驗(yàn)。其中模型試驗(yàn)槽尺寸為長(zhǎng)×寬×高為3.5m×3.5m×2.0m[1]。

2.2 試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)

模型基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土制作，以模擬混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)的抗拔承載性能。風(fēng)積沙和水泥固化風(fēng)積沙2種地基條件下的桿塔基礎(chǔ)抗拔模型試驗(yàn)數(shù)量共23個(gè)，其中風(fēng)積沙桿塔基礎(chǔ)試驗(yàn)14個(gè)，水泥固化風(fēng)積沙桿塔基礎(chǔ)試驗(yàn)9個(gè)。

試驗(yàn)過程中通過在底板上回填不同厚度的風(fēng)積沙或水泥固化風(fēng)積沙，以模擬不同的底板邊長(zhǎng)、不同深寬比下混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)的抗拔承載性能。

2.3 基礎(chǔ)抗拔荷載位移曲線

實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，風(fēng)積沙地基基礎(chǔ)抗拔過程大致可分為3個(gè)特征階段：（1）彈性變形階段，該階段基礎(chǔ)位移隨上拔荷載的增加近似呈線性增長(zhǎng)，荷載～位移曲線近似為直線。（2）彈塑性變形至基礎(chǔ)極限承載力階段，該階段基礎(chǔ)位移隨上拔荷載增加呈非線性增長(zhǎng)，每一級(jí)荷載作用下基礎(chǔ)荷載～位移曲線的位移變化速率明顯大于彈性變形階段，直至基礎(chǔ)抗拔極限承載力。（3）承載力軟化至殘余強(qiáng)度階段，該段位移快速增加，但基礎(chǔ)承載力由抗拔極限承載力下降至殘余強(qiáng)度，殘余強(qiáng)度后承載力不再降低，但位移不斷增加，直至基礎(chǔ)破壞。

相比而言，水泥固化風(fēng)積沙地基條件下基礎(chǔ)抗拔則呈現(xiàn)出顯著的2特征變化特征，表現(xiàn)出明顯的脆性破壞。在基礎(chǔ)達(dá)到破壞荷載前，基礎(chǔ)位移變化很小，而一旦基礎(chǔ)破壞，則抗拔極限承載力迅速下降至殘余強(qiáng)度，位移不斷增加，直至基礎(chǔ)破壞。

3 結(jié)束語

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水泥固化風(fēng)積沙地基抗拔承載能力較風(fēng)積沙地基有大幅度提高，可大大提高沙漠地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，也有利于沙漠地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)的防風(fēng)固沙。因此，應(yīng)用水泥固化風(fēng)積沙復(fù)合土地基作為沙漠地區(qū)桿塔基礎(chǔ)因?yàn)?zāi)受損基礎(chǔ)的修復(fù)重建工程，必將具有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn)：

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