双聚材料固化机理研究

鲜丽菊

(新疆交通建设集团股份有限公司，乌鲁木齐　830000)



双聚材料固化机理研究

鲜丽菊

(新疆交通建设集团股份有限公司，乌鲁木齐830000)

摘要：研究了应用于新疆交通建设集团吉木乃-吉木乃口岸公路改建项目边坡加固工程中的双聚材料的固化机理。研究结果表示，当双聚材料与砂土拌和后处理边坡时，可在起到土体内加筋的效果，充分发挥作用时，可加固土体，提高土体强度，双聚材料属于边坡加固效率高且环保无污染的公路边坡土体防渗固化新材料。

关键词：双聚材料；边坡；固化；机理

1项目研究区概况

项目研究区位于新疆吉木乃县境内，路线由东南向西北行进，途径卡尔克特村、卫东岭、吉木乃镇、边境检查站，终点止于186团兴边路与军垦路交叉口，路线长度为26.24 km。连接线为城市道路中小城市主干线，其起点K0+000位于吉木乃县城团结路-迎宾路交叉口，终点与主线ZK6+086.32相接，路线长度为2.245 km。

研究边坡位于公路K16+460～K16+660段两侧斜坡地带，根据边坡边缘界限分为1#边坡和2#边坡。边坡区出露地层分别属于阿尔泰地层分区的萨吾尔山地层小区，该区大部分地区覆盖有第四系地层。边坡土体为非岩质土，非盐渍土并且为非膨胀性土，结构较松散。从地形地貌看，边坡前缘地形较缓，后部地形较陡，与其后方基岩陡壁成脱离之势，即边坡后部的自身重力对边坡中部前部形成加载，提供了动力条件，变形是由后至前的推移式。此外，边坡前部由于人工开挖，前部形成临空面，为边坡滑移提供了空间条件。从边坡变形部位可以看出，斜坡整体在天然状态下处于基本稳定状态，在暴雨状态下处于蠕滑变形阶段。

1#边坡边界明显，后缘最大下错高差17.0 m。坡体整体向前滑移，左右边界明显，前缘呈扇形堆积，边坡表层土体风化严重，滑坡土体呈松散堆积状，表层主要为粉质植被土，厚度约30 cm，下层为粉质粘土，砂土粘粒含量较低，约占10%；局部地段还出现粉质粘土。2#边坡位于1#边坡右侧方向，边坡左侧边缘与1#边坡相连，右侧临空。坡面较平整，没有出现明显的滑移现象，坡脚约60°，无明显垮塌，整体性较好。滑坡土体为粉质粘土，受外部扰动易垮塌。

根据地形地貌，地表变形迹象结合边坡具体变化情况可以看出，斜坡现阶段在天然状态下保持稳定，在暴雨状态下后部土体将继续加大下滑趋势，推移前缘土体。在变形积聚到一定程度的时候，斜坡将发生整体滑动破坏，对前缘的公路及人民生命财产造成威胁。

2双聚材料概况

双聚材料由成都理工大学裴向军教授自主研发，属于长期有效而且环保无污染的公路边坡土体防渗固化新材料，并在新疆阿勒泰地区吉木乃到吉木乃口岸公路K16段2#边坡进行实地应用及路用效果验证。研究区边坡防护所选用的双聚有机材料为无毒、耐酸碱、易溶于水的化工制品，按一定浓度稀释后呈胶水状，具有一定强度的粘结力，抗拉性能良好、可伸展度较大。当溶液与碎石土拌合碾压成型时，可在土体内形成微观致密的立体网状结构，将各骨架组织包裹连接，使土体具有一定的抗拉抗压性能，增强其防冲刷能力。作为一种新型材料，国内外(尤其是我国西北干旱区)公路边坡病害的治理中对双聚材料的研究与应用依然较少；双聚材料因其所具有的材料特性(无味无毒、易溶于水，具有较强的抗风蚀、耐老化、耐腐蚀性能)能够满足相关要求而被应用于此地区公路病害治理的研究项目中；麦秸秆以其良好的柔韧性和抗拉性能，能适应土体的变形，在土体内可起到加筋的效果和空间约束土体变形的作用，也将其拌入土体内一同研究其作用效果。

室内试验分析得到双聚材料与土料混合后，能在土体内部形成微观致密的立体网状结构、将各骨架组织包裹连接，使土体具有一定的抗拉抗压能力，减小土体渗透系数。图1、图2为通过微观电镜扫描和其他试验手段对上述结论的佐证。

试样在放大1 000倍时，从拍摄的图像中可以看出，普通砂土颗粒未加双聚材料时颗粒间界限清晰，以点接触为主，伴有棱角-棱边接触，架空孔隙较多；掺入0.35%双聚材料的砂土颗粒在放大相同倍数时颗粒间界限不明显，架空孔隙减少，材料将各骨架组织包裹连接，细小颗粒形成团粒体，土体变的致密。

3麦秸秆加固坡表机理

为了能够将坡表裂缝长度和宽度控制在允许范围内，同时满足双聚材料在土体内有足够的作用时间的要求；参考相关工程的经验，考虑到麦秸秆具有一定的抗拉能力和延展性，可很好地适应土体的变形，所以在土体内拌入麦秸秆以提高土体性能。当与砂土拌和后处理边坡时，可在起到土体内加筋的效果，提高土的内摩擦力，使土体内的拉应力分散均匀；麦秸秆均匀搅拌在土中，无序分布的麦秸秆之间存在着无数的交织点，当受到外力作用时，受力点处有产生位移的趋势，此时临近的相互交织麦秸秆就会阻止这种位移，起到空间约束的作用。同时附着于麦秸秆表面的双聚材料也再次增强秸秆的抗拉能力，延长了麦秸秆的抗风化寿命；而且后期当水分蒸发坡体体积稳定时，土体内的麦秸秆提供了足够的拉力保证坡表变形可控。

现场试验还发现，麦秸秆过长时处理效果并不理想，局部出现宽度达5 mm长度约为1.1 m的贯通裂缝。这是由于麦秸秆过长时，与砂土无法拌和的充分均匀，而且当水分大量蒸发后形成局部麦秸秆扎堆，而其他部位因无秸秆而产生拉应力集中致使处理面层开裂。实践证明，当秸秆被切成4～6 cm长度时，与土拌和更均匀，土体内应力分布较均匀，面层裂缝数量明显减少、长度缩短。

4材料对砂土性质影响分析

当双聚材料充分发挥作用时，一方面加固土体，提高土体强度，另一方面，减少雨水下渗，由于覆盖于路基斜坡或边坡的处理面层有足够厚度，阻止了土体内水分的大量蒸发；同时，土体又具有透水性能，雨季时可使少量雨水储存于土体内，保证了植物生长所需水分。

5结论

本次依托新疆交通建设集团吉木乃-吉木乃口岸公路改建项目选择典型的变形公路边坡将双聚材料加固边坡技术大面积投入使用，是将室内成果正式投入使用，施工按时完工；光滑平整的加固坡面层使得整个坡面如同盖了一层保护膜，表面生长的植物，同周围环境相协调，改善行车环境。首次投入使用，人力投入较大，施工技术还处于探索阶段，但是随着施工应用的增加，可以继续研究简便快捷的施工工法，缩短施工工期，保证工程质量的前提下节约成本。

双聚材料加固公路边坡的技术成果已基本成熟，但是材料本身存在一个老化的问题，对于双聚材料老化速度的研究是值得进一步研究的问题。双聚材料加固土适宜旱寒区植物生长，植被护坡将成为材料老化后稳定边坡的重要方式。今后可进一步将完善的双聚材料加固技术中材料用量、土壤性质、适宜条件、施工工法等因素结合起来制定出相关的施工标准规范。

参考文献：

[1]李敏，柴寿喜，魏丽. 麦秸秆的力学性能及加筋滨海盐渍土的抗压强度研究[J]. 工程地质学报，2009，(4):545-549.

[2]张艳美，张旭东，张鸿儒.土工合成纤维土补强机理试验研究及工程应用[J].岩土力学， 2005，26(8): 1323-1326.

[3]李敏,柴寿喜,魏丽.麦秸秆的力学性能及加筋滨海盐渍土的抗压强度研究[J].工程地质学报，2009，17(4)：545，549.

收稿日期：2016-04-08

作者简介：鲜丽菊(1988-)，女，新疆昭苏人，硕士研究生，主要从事公路工程专业研究。

中图分类号：U412

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)05-0027-02