粉煤灰處理濕陷性黃土地基施工工藝研究

閆 科

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 835000)

濕陷性黃土是一種結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)的特殊土體，含水率較低時，濕陷性黃土通常具有較高的強(qiáng)度和模量，然而在含水率較高時，其結(jié)構(gòu)性喪失，土體承載能力迅速降低，在土層自重荷載或上覆建筑物荷載作用下土體容易產(chǎn)生較大的變形[1- 3]。因此為保障修筑于濕陷性黃土地基上建筑物的安全，在濕陷性黃土地區(qū)尤其是深厚濕陷性黃土地區(qū)開展項目建設(shè)時，須采取必要的措施對其地基進(jìn)行處理。

濕陷性黃土地基處理方法主要基于加密土體、改變荷載傳遞方式和土體加固等理論基礎(chǔ)[4- 7]。加密土體理論是通過一些工程措施以提高濕陷性黃土的密實程度，進(jìn)而改善其濕陷性，這是一種以土治土處理措施，能最有效地利用原地基土體。

加密土體處理濕陷性黃土地基的方式主要有重錘表層夯實法、能級高強(qiáng)夯法以及電火法壓密法等。改變荷載傳遞方式理論是通過樁基礎(chǔ)直接穿越濕陷性黃土將荷載直接傳遞給下層基礎(chǔ)，該方式對不同種類濕陷性黃土均有較強(qiáng)的適應(yīng)性，改變荷載傳遞方式處理濕陷性黃土地基的方式主要有鋼筋混凝土預(yù)制樁、振沖沉管樁以及爆擴(kuò)成孔灌注樁等。土體加固理論是通過在濕陷性黃土中摻入一定量的具有膠結(jié)性的材料從而使得土顆粒形成整體進(jìn)而提高其強(qiáng)度和凝聚力進(jìn)而降低其濕陷性，目前常用的膠凝添加劑主要有水泥、水玻璃以及粉煤灰等。粉煤灰[8]是煤燃燒產(chǎn)生的一種廢棄物，由于其直接堆放不僅占用大量土地而且還會污染環(huán)境，采用粉煤灰對濕陷性黃土進(jìn)行加固不僅造價低而且環(huán)保，是一種理想的濕陷性黃土加固膠凝添加劑。

濕陷性黃土地基處理施工工藝是影響處理效果的主要影響因素之一。藺爭艷[9]以聞垣高速公路為背景，研究了強(qiáng)夯法對濕陷性黃土路基處理的施工工藝，并對強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土效果進(jìn)行了分析。劉恒柱[10]對強(qiáng)夯法對濕陷性黃土路基抗壓以及抗凍性能提升效果進(jìn)行分析，并總結(jié)了強(qiáng)夯法對濕陷性黃土處理的施工工藝。柳忠軍[11]對灰土擠密樁對濕陷性黃土地基加固效果以及灰土擠密樁處理濕陷性黃土地基施工工藝進(jìn)行研究。本文通過對粉煤灰改良濕陷性黃土進(jìn)行碾壓試驗和浸水壓縮試驗，分析了碾壓方式對粉煤灰改良濕陷性黃土的壓實特性以及濕陷性的影響。

1 試驗土料與試驗方案

勘探結(jié)果表明：在某水電站上壩公路5、6和7三個標(biāo)段存在濕陷性黃土層，濕陷性黃土層最大厚度為3m，最小厚度為1m。分別在5、6和7三個標(biāo)段，每個標(biāo)段取三個點作為典型代表測試濕陷性黃土的基本物理力學(xué)特性，每種試驗各9組，濕陷性黃土基本物理力學(xué)性質(zhì)試驗值與平均值見表1。可見三個標(biāo)段的濕陷性黃土基本物理力學(xué)性質(zhì)差別不大，濕陷系數(shù)δs為0.05～0.06，為中等濕陷性黃土，經(jīng)綜合分析比選確定采用摻入粉煤灰的方式對濕陷性黃土進(jìn)行處理，粉煤灰摻量質(zhì)量百分?jǐn)?shù)擬定為8%，對混摻8%的粉煤灰的濕陷性黃土進(jìn)行擊實試驗，確定最大干密度為1.95g/cm3，最優(yōu)含水率為12.4%。

表1 濕陷性黃土基本性質(zhì)

碾壓試驗在現(xiàn)場進(jìn)行，分別設(shè)計了5種碾壓施工方案，方案設(shè)計遵循碾壓“先輕后重、先弱后強(qiáng)、先慢后快”的原則，試驗控制碾壓次數(shù)一定，碾壓后分別對其壓縮特性、壓實系數(shù)、動態(tài)變形模量、變形模量和地基系數(shù)進(jìn)行測定。

方案1：輕型碾壓機(jī)(18T)靜壓1遍，振壓6遍，重型碾壓機(jī)(22T)靜壓1遍。

方案2：輕型碾壓機(jī)(18T)靜壓2遍，振壓5遍，重型碾壓機(jī)(22T)靜壓1遍。

方案3：輕型碾壓機(jī)(18T)靜壓1遍，振壓5遍，重型碾壓機(jī)(22T)靜壓1遍，振壓1遍。

方案4：輕型碾壓機(jī)(18T)靜壓1遍，振壓5遍，重型碾壓機(jī)(22T)靜壓2遍。

方案5：輕型碾壓機(jī)(18T)靜壓1遍，振壓5遍，重型碾壓機(jī)(22T)振壓2遍。

碾壓試驗后，取不同碾壓方式摻粉煤灰濕陷性黃土原狀樣進(jìn)行室內(nèi)浸水壓縮試驗，試驗參照SL237- 1999《土工試驗規(guī)程》進(jìn)行，試驗固結(jié)壓力分別為50kPa、100kPa、200kPa、400kPa和800kPa。

2 試驗結(jié)果與分析

不同碾壓方式摻粉煤灰濕陷性黃土壓實特性見表2，地基驗收合格標(biāo)準(zhǔn)為地基系數(shù)K30≥110MPa/m，變形模量Ev2≥60MPa，動態(tài)變形模量Evd≥35MPa，壓實系數(shù)K≥0.95。不同碾壓方式摻粉煤灰濕陷性黃土地基系數(shù)、變形模量和動態(tài)變形模量均能達(dá)到規(guī)范要求，而壓實度僅有方案1和方案4能達(dá)到規(guī)范要求，且地基系數(shù)、變形模量、動態(tài)變形模量和壓實系數(shù)均存在方案1>方案4>方案3>方案5>方案2，綜合比較方案1施工工藝簡單，壓實效果好，擬采用方案1作為施工方案。

圖1為不同碾壓方式摻粉煤灰濕陷性黃土室內(nèi)浸水壓縮試驗結(jié)果，由圖1可知摻粉煤灰碾壓后濕陷性黃土濕陷系數(shù)均小于0.015，說明粉煤灰對消除黃土濕陷性效果良好。不同碾壓方式碾壓摻粉煤灰濕陷性黃土濕陷系數(shù)方案1<方案4<方案3<方案5<方案2，說明采用方案1碾壓效果最好，對黃土濕陷性消除越明顯。建議采用方案一對摻粉煤灰濕陷性黃土進(jìn)行施工。

表2 濕陷性黃土碾壓工藝檢測結(jié)果

圖1 不同碾壓方式摻粉煤灰濕陷性黃土濕陷系數(shù)

3 結(jié)論

通過對不同碾壓方式摻粉煤灰濕陷性黃土壓實特性和濕陷性進(jìn)行檢測，分析了碾壓方式對摻粉煤灰濕陷性黃土濕陷性以及壓實特性的影響。結(jié)果表明摻粉煤灰能有效消除試驗黃土的濕陷性，采用輕型碾壓機(jī)靜壓1遍，振動碾壓5遍，而后用重型碾壓機(jī)靜壓2遍的碾壓施工工藝壓實效果最好，壓實度能達(dá)到0.975，建議采用該種方式進(jìn)行施工。

[1] 楊校輝, 黃雪峰, 朱彥鵬, 等. 大厚度自重濕陷性黃土地基處理深度和濕陷性評價試驗研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2014, 33(05): 1063- 1074.

[2] 邵生俊, 楊春鳴, 焦陽陽, 等. 濕陷性黃土隧道的工程性質(zhì)分析[J]. 巖土工程學(xué)報, 2013, 35(09): 1580- 1590.

[3] 余侃柱. 調(diào)蓄水池濕陷性黃土地基特性及處理措施[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計, 2013(06): 58- 61.

[4] 韓基冠. 濕陷性黃土壩基濕陷性評價探索研究[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計, 2010(05): 36+53.

[5] 胡海濤. 濕陷性黃土基礎(chǔ)施工技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督, 2013, 21(05): 68- 70.

[6] 王玲玲, 王江鋒, 杜春雪. 濕陷性黃土中基坑支護(hù)的數(shù)值模擬分析[J]. 華北水利水電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2017, 38(04).

[7] 韓基冠, 胡景松. 自重濕陷性黃土場地樁基持力層選擇的探討[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督, 2009, 17(01): 54- 55.

[8] 曾永軍, 劉小沛, 徐蒙. 粉煤灰在黔中水利樞紐一期工程中的試驗研究[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督, 2013, 21(03): 46- 48.

[9] 藺爭艷. 濕陷性黃土路基強(qiáng)夯法施工工藝探討[J]. 山西交通科技, 2009(01): 34- 37.

[10] 劉恒柱. 強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土路基施工工藝研究[J]. 城市建筑, 2014(04): 267.

[11] 柳忠軍. 淺談灰土擠密樁在濕陷性黃土地基處理中的施工工藝[J]. 陜西水利, 2011(05): 79- 80.