河堤加固中低液限黏土击实试验研究

贾　佳　史皓男

(辽宁省康平县水利局，辽宁 沈阳　110500)



河堤加固中低液限黏土击实试验研究

贾佳史皓男

(辽宁省康平县水利局，辽宁 沈阳110500)

【摘要】堤防是防御洪水、保护沿河人民生命和财产安全的重要屏障，其填筑材料决定着其稳定性及防护能力。康平县西辽河治理工程区范围内，土料均为低液限黏土，在堤防填筑过程中难以压实，土体稳定性差。因此，通过对低液限黏土取样、基本性质试验及击实试验，研究其基本性质与击实性能，可为堤防的设计和施工提供有力的技术依据。

【关键词】堤防加固； 低液限黏土； 基本性质； 击实试验

1引言

堤防是河道的重要组成部分，是防御洪水、保护沿河人民生命和财产安全的重要屏障[1-2]。而堤防填筑材料的选取又是决定堤防稳定性、防渗性能的关键因素。康平县位于辽河流域，属于北温带季风型气候，降水量偏少，多年平均降水量为524mm。康平县位于辽河西岸，由于河堤两岸阻水建筑物较多，导致水位壅高，防洪堤多处存在安全隐患。辽河在康平县境内共有套堤9个，总长度 17.17km，治理工程区面积为6.23km2。康平县西辽河治理工程区范围内的土料均为低液限黏土，具有液限低、塑性指数小等特点，在堤防填筑过程中难以压实，土体稳定性差[3]。若另外从其他堤防选取土料场，会增大运距，增加工程的投资，还会涉及环保等问题。因此如何采用低液限黏土填筑堤防，并保证填筑质量是该工程的重点。在工程区桩号SR0+000～SR1+910(Ⅰ标)、SR1+910～SR3+810(Ⅱ标)、SR3+810～SR5+610(Ⅲ标)和SR5+610～SR7+480(Ⅳ标)范围内的堤防附近各选取一处土料场，在土料场内选取有代表性的位置，开挖探坑，在探坑的0.5m、1.0m和1.5m深度处，按试验的要求各取样20kg[4-6]。通过对低液限黏土取样、基本性质试验及击实试验，研究其基本性质及击实性能，为堤防的设计和施工提供有力的技术依据。

2基本性质试验及结果分析

土料的基本性质试验包括天然含水率试验、比重试验、液塑限试验和颗粒分析试验等，试验方法按照《水利水电工程土工试验规程》(DL/T 5335—2006)的要求进行[7]。

天然含水率试验：将取回的土样搅拌均匀后，取代表性试样称重后，放入烘箱，按规范要求烘干后称重，按式(1)计算土样的含水率：

(1)

式中w——土样含水率；

m——样品质量；

md——烘干后样品质量。

每组土样进行两次平行测定，取平均值作为试验结果，如表1所列。

表1　各标段土料场天然含水率

由表1可知，上层土样的天然含水率较低，下层土样较高，同一深度不同标段和同一标段不同深度的土料天然含水率有所差异。应根据后面击实试验得到的最优含水率来控制土料的含水率，对于上层含水率较低的土料可以洒适量的水，对于下层含水率较高的土料可以通过晾晒来适当降低其含水率，在土料采挖、运输、卸料时应让上层土和下层土拌和，使其含水率接近填筑要求。

比重试验的结果按式(2)计算，每组土样进行两次平行测定，取平均值作为试验结果，如表2所列。

(2)

式中Gs——土的比重；

md——烘干试样质量；

m1——瓶、试液的总质量；

m2——瓶、试液、试样的总质量；

GwT——T℃时试液的比重。

表2　各标段土料场土料比重

由表2可知，各个标段的土料比重比较接近，在2.68～2.72之间，平均值为2.70。

液塑限试验是先将土样过0.5mm的筛，再取400g分成三份，加入不等量的水，测定不同圆锥下沉深度的土样含水量，即得到液塑限，再用式(3)和式(4)计算塑性指数和液性指数，试验和计算结果如表3所列。

(3)

(4)

式中IP——塑性指数；

wL——液限；

wP——塑限；

w——天然含水率；

IL——液性指数。

表3　各标段液塑限试验结果

由表3可知，各标段土料场的土料均为低液限黏土。

颗粒分析试验是根据颗粒级配和大小不同，采用筛析法、密度计法、移液管法、联合法进行测定，可以绘制出颗分曲线并分析其级配，采用不均匀系数CU和曲率系数CC来评价，见式(5)和式(6)，试验结果如表4所列。

(5)

(6)

不均匀系数CU可以反映颗分曲线的陡缓，其值越大则曲线越陡，说明土的颗粒大小不均匀；其值越小则曲线越缓，说明颗粒大小均匀。曲率系数CC则反映的是颗分曲线的整体形状、连续性和细颗粒含量。当土的CU≥5且CC=1～3时，则判断该土级配良好，反之则级配不良。

表4　土样的不均匀系数及曲率系数

由表4可知，除Ⅰ标的三个探坑土料级配良好之外，其他标段大部分土料的级配都不良，曲率系数多数在1～3之间，说明粒组比较连续，没有明显的缺失；不均匀系数多小于5，说明其曲线较缓，土颗粒比较均匀。

3低液限黏土的击实试验

3.1试验步骤

本次试验采用轻型击实试验，锤质量2.6kg，落高315mm，其单位体积的击实功为592.8kJ/m3。具体试验步骤如下：取有代表性的风干土样20kg，用人工或机械碾碎；过5mm筛，将筛下的土样拌匀，并测定此时含水率，根据土的塑限估算最优含水率，按照含水率依次相差2%制备两个大于塑限、两个小于塑限、1个接近塑限，共一组5个试样；将2.5kg土样放入盛土盘内。按照上面的含水率喷湿，并密封静置不少于12h；将击实仪安装固定好，在击实筒内壁和底板涂润滑油，将土样分三层倒入，并分别击实，每层25击，每层接触面刮毛，击实完成后在护筒内壁削挖一周，取下护筒和底板等，推出试样并称重。

3.2击实试验结果

击实后的含水率根据式(1)计算，干密度按式(7)计算。

(7)

式中ρd——干密度，g/cm3；

ρ——湿密度，g/cm3；

w——含水率，%。

根据计算结果，以干密度为纵坐标、含水率为横坐标绘制两者的关系曲线，曲线上最高点的纵、横坐标即为最大干密度和最优含水率。各标段的土料击实曲线如图1～图4所示。

图1　Ⅰ标土料击实曲线

图2　Ⅱ标土料击实曲线

图3　Ⅲ标土料击实曲线

图4　Ⅳ标土料击实曲线

由上述击实曲线可以看出：Ⅰ标土料场的三组试样击实曲线形状较近似，数值离散性较小，最优含水率较为接近，范围在17.3%～18.8%之间，最大干密度差别很小，范围在1.67～1.69 g/cm3之间；Ⅱ标土料场的三组试样击实曲线形状有差异，数值离散性较大，最优含水率差别较大，范围在16.9%～18.8%之间，最大干密度差别也较大，范围在1.62～1.66g/cm3之间；Ⅲ标土料场的三组试样击实曲线形状较近似，其中两组数值离散性较小，另外一组差别较大，最优含水率较为接近，范围在17.0%～18.0%之间，最大干密度差别很小，范围在1.68～1.70g/cm3之间；Ⅳ标土料场的三组试样击实曲线形状差异较大，数值离散性大，最优含水率较为接近，范围在17.5%～18.5%之间，最大干密度差别较大且数值较小，范围在1.59～1.65g/cm3之间。

根据上述结果可知：Ⅰ标土料场土料的击实性能比较接近，土质较均匀；Ⅱ标、Ⅲ标和Ⅳ标土料场各土料的击实性能均差异较大，建议在施工时，将各土料场进一步划分并对划分后的区域做击实试验，根据试验结果选取合适的土料进行堤防填筑施工。

4结论

通过对各标段土料场的土料进行基本性质试验和击实试验，对各土料场土料的击实性能进行了研究，结论如下：Ⅰ标土料场的三组试样最优含水率平均值为18.0%，最大干密度平均值为1.68 g/cm3；Ⅱ标土料场的三组试样最优含水率平均值为17.6%，最大干密度平均值为1.64g/cm3；Ⅲ标土料场的三组试样最优含水率平均值为17.5%，最大干密度平均值为1.69g/cm3；Ⅳ标土料场的三组试样最优含水率平均值为18.0%，最大干密度平均值为1.62g/cm3；Ⅰ标土料场土料的击实性能比较接近，土质较均匀；Ⅱ标、Ⅲ标和Ⅳ标土料场各土料的击实性能均差异较大。

参考文献

[1]汪东林,栾茂田,杨庆.非饱和重塑低液限黏土体积变化特性试验研究[J].水利学报,2008(3):367-372,379.

[2]沈华中,张慧,兰雁,等.基于含水量与干密度的低液限黏土强度公式[J].人民黄河,2008(4):83-85.

[3]王保田,陈西安.悬挂式防渗墙防渗效果的模拟试验研究[J].岩石力学与工程学报,2008(S1):2766-2771.

[4]王瑞民.山西磨河水电站坝基工程地质问题研究[J].中国水能及电气化,2014(8):54-57.

[5]欧阳学金.两河口水电站心墙堆石坝防渗心墙料的研究[J].中国水能及电气化,2014(8):67-70.

[6]戴永坚.山西省松塔水电站枢纽工程坝基渗漏及坝基工程处理[J].水利建设与管理,2013(1):35-37.

[7]陶炼.浅谈丘北干龙潭水库除险加固工程大坝稳定分析及处理措施的选择[J].水利建设与管理,2013(6):67-71.

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

中图分类号：TV871

文献标志码：A

文章编号：1005-4774(2016)06-0037-04