| 标题 | 水泥改良后膨胀土自由膨胀率和无荷膨胀率时间关系 |
| 范文 | 王国栋++王为然++张官珍++李辉 摘要：目前在膨胀土中掺加定量水泥是改良膨胀土的主要处理方法之一，通过综合南阳膨胀土试验段工艺试验成果中的检测数据，分析弱、中膨胀改性土拌合后随即压实和放置14 d后压实两种情况下，土料压实干密度、自由膨胀率﹑无荷载膨胀率与时间的关系，总结在膨胀土经过水泥改性、压实以后的自由膨胀率和无荷载膨胀率中长期改性效果，以供研究探讨。 关键词：南阳膨胀土；改性；膨胀率；时间关系 中图分类号：TV41文献标志码：A文章编号：1672-1683（2015）-002-0015-03 南阳膨胀土试验段工程桩号100+500至102+550，全长205 km分为填方、弱膨胀土和中膨胀土3个试验区，一期工程根据试验目的布置了不同的试验方案，并进行现场试验项目的研究，期间进行了117组现场工艺试验研究。膨胀土按膨胀潜势划分为弱、中和强，其中40%≤自由膨胀率δеf<65%为弱膨胀土，65%≤自由膨胀率δеf<90%为中膨胀土；膨胀土工程特性指标包括：自由膨胀率、膨胀率、收缩系数和膨胀力[1]长江科学院刘军等对南阳膨胀土试验段水泥改性土的掺拌均匀性及长期改性效果进行了研究[2]；李红炉等[3]制取膨胀土试件研究不同水泥掺量、击实试验前后干密度、自由膨胀率时间关系研究是模拟实际施工填筑情况下，在弱、中膨胀水泥改性土（简称：弱、中改性土）利用料复核工艺试验等基础上，在拌合后随即压实（简称：试验一）和放置14 d后压实（简称：试验二）两种情况下，分别在第0 d、7 d、14 d和28 d检测自由膨胀率、无荷膨胀率，通过对比分析不同时间的压实干密度、自由膨胀率和无荷膨胀率试验检测成果，总结弱、中改性土料压实干密度、自由膨胀率和无荷载膨胀率与时间之间关系。 [BT2][STHZ]1试验项目设置 [BT3][STHZ]1.1已完成的试验项目 （1）中膨胀土试验区土料自由膨胀率检测平均值为 68%，弱膨胀试验区土料自由膨胀率检测平均值为48%。 （2）水泥改性土采用路拌机拌合4遍能够满足均匀度要求，拌合完成后经过试验再确认。 （3）弱改性土在碾压10遍，中改性土在碾压6遍后，压实度达到98%以上。 （4）弱膨胀土掺加3%水泥，中膨胀土掺加6%水泥为试验最佳掺量。 [BT3][STHZ]1.2试验项目设置 2009年3月8日，3%水泥掺量的弱膨胀土采用路拌机拌和4遍，路拌过程中对试验土料加水3%～4%补充含水率损失。测定的水泥掺量均匀度符合要求后，随即将其中一半混合料用装载机运至1∶2的边坡填筑试验场。铺土厚度为30±1 cm，采用20 t凸块碾碾压10遍，测其干密度、含水率、自由膨胀率、无荷载膨胀率。第7 d、14 d、28 d检测自由膨胀率﹑无荷载膨胀率； 3月22日，将另外一半放置14 d的混合料重新加水拌合，采用装载机将土料铲至1∶2的边坡填筑试验场。铺土厚度为30±1 cm，采用20 t凸块碾碾压10遍，测其干密度、含水率﹑自由膨胀率﹑无荷载膨胀率，14 d检测自由膨胀率﹑无荷载膨胀率。 2009年3月9日，6%水泥掺量的中膨胀土采用路拌机拌和4遍，路拌过程中对试验土料加水4%～5%补充含水率损失。测定的水泥掺量均匀度符合要求后，随即将其中一半混合料用装载机运至1∶2的边坡填筑试验场，铺土厚度为30±1 cm，采用20 t凸块碾碾压6遍，测其干密度、含水率﹑自由膨胀率﹑无荷载膨胀率。第7 d、14 d、28 d检测自由膨胀率﹑无荷载膨胀率； 3月24日，将另外一半混合料放置14 d重新加水拌合，采用装载机将土料铲至1∶2的边坡填筑试验场，铺土厚度为30±1 cm，采用20 t凸块碾碾压6遍，测其干密度、含水率﹑自由膨胀率﹑无荷载膨胀率，14 d检测自由膨胀率﹑无荷载膨胀率。 [BT2][STHZ]2试验准备 [BT3][STHZ]2.1试验场地平整 弱膨胀土试验场地布置在主干渠内桩号Z100+760～Z101+110，中膨胀土布置在桩号Z102+190～Z102+2555，采用推土机对试验场地平整压实，用石灰撒出试验分区线，按照要求测量基层高差并记录数据，每次试验场地量测12点次，取其最大值与最小值之差；平整度质量要求≤5 mm，每次场地平整量测情况汇总后，见表1，满足设计要求后进行土料铺筑。 ]2.2改性土料制备 弱、中膨胀土分别从相应渠道试验区开采后，运至试验场堆土区进行含水率调整，符合要求后铺筑土料。首先用推土机粗略整平，然后再用人工带线精确整平，控制达到设计要求的铺料厚度，根据要求掺量按一袋水泥用量计算出白灰方格尺寸，由人工摊铺均匀，然后采用路拌机拌合4遍，拌和过程中对土料补充加水至设计要求含水率范围内，最后在试验块中下部取6试验样品封装送试验室检测，采用EDTA法测定改性土水泥含量，每次水泥掺量试验检测情况平均值汇总后，见表1。放置14 d碾压的改性土料不再做水泥掺量及均匀性测定，第14 d时对另一半静置的水泥改性土进行加水调整至设计要求含水率范围内。 2.3铺料、碾压 拌和完成后，装载机将土料铲至1∶2的碾压试验场区内摊铺平整，铺料厚度30±1 cm，每次试验场地量测12点次，铺料厚度量测情况取平均值汇总后，见表1。对弱改性土使用20 t凸块碾碾压10遍，中改性土碾压6遍。碾压试验完成后在其距内边坡约08 m和186 m处中下部各取6个土样检测检测含水率、干密度、自由膨胀率、无荷载膨胀率，取样位置见图1，在第7 d、14 d、28 d检测自由膨胀率﹑无荷载膨胀率；第14 d，对放置的另一部分已制备的弱改性土碾压10遍，中改性土碾压6遍，碾压试验完成后同样在其距内边坡约08 m和186 m处中下部各取6个土样检测含水率、干密度、自由膨胀率、无荷载膨胀率，和随后第14 d检测自由膨胀率﹑无荷载膨胀率。 3试验结果与讨论 3.1压实干密度时间关系 按照压实度大于98%的要求碾压完成后，采用环刀法检测干密度和含水率，一种拌合后随即压实后检测干密度和含水率，另外一种在改性土拌合料放置14 d压实后检测。从表2可以看出经过压实的弱和中改性土在放置14 d后干密度均有降低，膨胀性较高的中膨胀改性土料降低较大，达到2%。 3.2自由膨胀率﹑无荷载膨胀率时间关系 试验一：碾压完成后随即检测第0 d、7 d、14 d、28 d的自由膨胀率﹑无荷载膨胀率；试验二：改性土拌合料放置14 d碾压后检测第0 d和14 d的自由膨胀率﹑无荷载膨胀率。在试验场地均匀分布取样检测6点次，取样位置见图2，每次在对应部位取样，对每批次试验所得检测数据取其平均值汇总后，见表3和图3、图6。 从图2、图3可以看出，两种试验情况下压实后的弱、中改性土自由膨胀率经过28 d均有反弹；弱改性土第7 d至14 d间自由膨胀率增长较慢，第14 d放置未压实的自由膨胀率较小，随后自由膨胀率增长较快；弱膨胀土经水泥改性后，自由膨胀率平均值降至22%非膨胀土范围内，但是经过28 d恢复达到45%；弱膨胀水泥改性土不经压实时自由膨胀率恢复增长较慢，但是一经压实明显反弹。 中改性土自由膨胀率恢复性增长趋势基本呈线性；拌合后放置第14 d压实与压实后第14 d两种试验情况自由膨胀率增长基本一致；中膨胀土经水泥改性后，自由膨胀率平均值降至22%非膨胀土范围内，但是经过28 d反弹恢复到76%，与弱膨胀改性土相比较自由膨胀率反弹显著。中膨胀土经水泥改性压实后经过28 d得到较大恢复，已有研究试验成果存在不一致[24]，初步分析由于区别于其他研究是室内试验条件，此研究是模拟填筑现场；其他是改性土击实试验后自由膨胀率随时间变化情况，此研究是机械压实后的变化情况，但是结论相反尚需进一步试验复核验证。 从图4可以看出，压实后的中、弱改性两种土料无荷膨胀率第7 d至14 d间降低较快，试验第14 d存在突变，第28 d下降较大，两者时间趋势线基本一致；对比拌合后放置第14 d压实的试验情况，中较弱改性土无荷膨胀率降低斜率稍大；拌合后随即压实和放置14 d两种试验情况在试验的第28 d无荷载膨胀率差别很小；中、弱改性土两种土料松散放置与随即压实的土料相比在试验第14 d无荷膨胀率稍有降低，但是一经压实二者下降均很快。 4讨论 模拟现场填筑压实工况情况下：（1）中膨胀土自由膨胀率经过水泥改性后28 d有所反弹，中长期改良效果差；（2）弱膨胀土水泥改性后自由膨胀率恢复趋势较缓，改良效果较好，但是拌合后宜随即压实；（3）中、弱膨胀土经过水泥改性后无荷膨胀率均明显降低，效果显著，这与已有研究试验结果一致[1，5]；（4）水泥改性土拌合后如果放置一段时间再进行压实，干密度将降低，所以水泥改性土料拌合后宜随即碾压；（5）文章仅限于试验段已有工艺成果基础上，没有进行收缩试验，无法得出胀缩总率变化情况，但是膨胀土经水泥改性、压实以后，自由膨胀率得以恢复，特别是对于中、弱膨胀性界限间的土料改良有效性应引起重视。 参考文献： [1]GB 50112-2013，膨胀土地区建筑技术规范[S]. [2]刘军，黄斌，龚壁卫，等.膨胀土水泥改性均匀性及长期效果试验研究[J].西北地震学报，2011，33（z1）：204206. [3]李红炉，徐秋达.水泥改性膨胀土干密度与自由膨胀率试验研究[J].南水北调与水利科技，2009，7（6）：216219. [4]阎飞.膨胀土改性试验研究[J].土工基础，2012（6）：105. [5]周葆春，孔令伟，郭爱国.荆门弱膨胀土的胀缩与渗透特性试验研究[J].岩土力学，2011（8）：426. |
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