引江济淮工程试验段膨胀土现场试验方法探析

柏玉坤

(安徽省水利水电工程建设监理中心，安徽 合肥　231000)



引江济淮工程试验段膨胀土现场试验方法探析

柏玉坤

(安徽省水利水电工程建设监理中心，安徽 合肥231000)

文章阐述了引江济淮工程试验段膨胀土现场试验技术方法，分析了试验研究成果。

引江济淮；膨胀土；改性试验；现场监测

引江济淮工程路经莱子湖与巢湖分水岭段和巢湖与淮河分水岭段的沿程边坡高度均上覆中等膨胀潜势的重粉质壤土、粉质粘土，即膨胀土。膨胀土对河渠边坡稳定极为不利，为工程项目的合理设计、顺利施工、安全运行，需展开必要的试验研究。试验方案主要是有关膨胀土的土工试验研究，主要包括膨胀土改性试验等,本文就膨胀土现场试验技术方法进行探析。

1　试验方案及过程

1.1改性试验研究

膨胀土的主要特性是膨胀和收缩。膨胀土改性试验按照相关的标准和规范的具体要求进行。改性膨胀土试配时要注意以下问题：①以不同的掺灰量、压实性、含水率等来划分组类，以多种不同组合进行试配。掺灰并均匀拌合后进行碾压，取样进行室内膨胀性试验，通过不同掺灰配合比实验结果分析，找出最佳掺灰量来消除膨胀土的有害性。②试配地点为实验室内，试配样品时宜选用施工可行的试配方法。③试配时，须详细记录掺灰、天然膨胀土的技术指标。

1.2现场大型剪切试验

(1)试验研究要求。现场剪切试验，拟定分为两种结构界面(或接触面)的直剪试验，即天然膨胀土-岩体界面和改性膨胀土-岩体界面，具体按照相关的标准和规范进行。一般情况下，首选采用平推法，如图1所示。开展直剪试验；若因受现场条件限制无法采用平推法时，可采用斜推法如图2所示。推力夹角宜采用12°～20°。一般每组试验试体的数量不宜少于3个。试体最小边长不宜小于50cm，结构面以上的试体高度不应小于试体推力方向长度的1/2，结构面面积不宜小于2500cm2。

图1　直剪试验(平推法)示意图

图2　直剪试验(斜推法)示意图

(2)试验方法要点。本次试验采用双千斤顶法加载，从垂直和水平两个方向分别用千斤顶同时对试样加载，并使试样受力后沿结构面产生滑移破坏。千斤顶最大出力为300kN。

试验在试坑中进行，首先在边坡典型位置选择试验地点，开挖一长方形试槽，在预留深度处开挖出略大于预定试样的试件块体，然后进行细部修正、岩面平整，直至试块尺寸达到规格要求。其中岩土界面处进行的两组试验宜选在边坡后缘，岩体内泥岩夹层处的试验布置在场地内开挖形成的路堑边坡附近，分别开挖两个试槽进行试验，并对试槽周围的岩土体取样，进行室内常规试验。

(3)试验荷载的施加。试验时先施加垂直荷载，待垂直位移稳定后，再施加水平荷载，在水平荷载施加过程中，垂直荷载保持常数。同一组试验不同试样分别采用不同的垂直荷载，最小荷载大于剪切面以上的自重压力，最大荷载大于拟建建筑物的荷载。每个试样按分配法将垂直荷载等分5级施加，每隔5min施加一级，加最后一级荷载后，按每5min测读一次垂直位移，当连续两次位移之差不大于0.01mm时，可施加水平荷载。剪切荷载施加前预估最大剪切推力，并将最大值10等分每5min一次分级加载。试件被剪断时，测读剪切荷载峰值并继续施加荷载，当剪切应力值基本恒定时，记录读数(即残余剪切强度)。在剪切荷载缓慢退至0过程中，记录试样回弹位移读数。

1.3现场淋水试验

膨胀土现场浸水载荷试验可用于以确定膨胀土地基的承载力和浸水时的膨胀变形量，其具体试验检测步骤程序依据相关规范规定进行：①承压板面积不应小于0.5m2。②分级加荷至设计荷载，根据土体天然含水量情况，每级荷载可按25kPa或50kPa增加。每级荷载施加后，按0.5h、1h各观察沉降一次，以后每隔1h或更长时间观察一次，直到沉降相对稳定(即连续两个观察周期的沉降量不大于0.1mm/2h)后再加下一级荷载。③浸水水面不应高于承压板底面，浸水期间每隔3d或3d以上观察一次膨胀变形，浸水时间不应少于两个观察周期，浸水膨胀变形达到相对稳定(连续两个观察周期的变形量不应大于0.1mm/3d)后，应停止浸水并按规定继续加载直至破坏。④应取破坏荷载的一半作为地基土承载力的基本值。

1.4现场监测

试验区现场监测分自然状态期、施工期、施工后-运营前期、蓄水运营期4个监测期，主要监测膨胀土表面位移、钻孔轴向与横向位移、内应力、土层及孔隙的渗压、地下水位变化等，通过对监测数据的科学、系统分析，总结不同时期(位移、应力、渗压、地下水位等)的变化规律。

(1)左岸裸坡试验区监测。本试验监测主要目的是在自然环境下，观察或监测：①气候变化对地下水位的影响和对土层的影响深度；②天然膨胀土的表面及深层位移、分层土沉降、孔隙水压力、地下水位变化；③边坡表层砂岩风化速度，并分析(全、强或弱)风化砂岩的自然稳定状态。监测点总体布局详见图3；具体监测位置、数量根据后期开挖、施工进行相应调整。现场监测需进行全程录像、拍照及记录。

图3　左岸裸坡试验区监测布局示意图

(2)右岸渠坡试验区监测。本试验监测主要目的是：①检验膨胀土处理方案的有效性，开挖边坡的临时保护措施，研究泥质粉砂岩膨胀性、崩解性及地下水对施工、对衬砌安全、对边坡稳定的影响，提出合理的渠坡处理方案；②研究膨胀土边坡换填处理、柔性支护、不同形式抗滑措施及砌石联拱等方案的有效性；③研究膨胀土在开挖后的压力调整情况及含水量的变化过程，并提出合适的施工临时保护措施；④探讨各种处理措施下大规模施工工艺，确定各种处理方案的施工参数，为中线工程大规模渠道施工提供依据。监测点总体布局详见图4，检测的具体位置和数量根据后期开挖、施工进行相应调整。现场监测需进行全程录像、拍照及记录，监测及仪器应根据试验规程和工程规范要求适时埋设。

图4　右岸渠坡试验区监测布局示意图

(3)边坡内部变形监测。本试验监测主要是采用对膨胀土进行钻孔，利用仪器观测钻孔膨胀土轴向与横向位移，从而确定其变形的大小、方向和深度。各类膨胀土均可采用钻孔轴向和横向位移观测，有关试验的方法程序、步骤细节及具体要求详见相关标准规范规程规定。①钻孔轴向膨胀土位移观测深度不宜大于60cm，观测数据成果整理后，要求计算各观测孔(点)的位移，并绘制各测孔(点)的位移与孔深、与时间的关系曲线，选择典型观测孔并绘制各测点位移与开挖面距离变化的关系曲线。②钻孔横向膨胀土位移观测采用钻孔测斜仪，观测孔深度宜超过预计最深滑移带或倾斜膨胀土底部5m，孔径宜大于测斜管外径50mm，并应在预定部位按要求孔径和深度进行铅垂向钻孔观测。观测数据成果整理后，要求计算各测点位移和累计位移，并绘制各观测点、各观测时间的位移与深度关系曲线(并附钻孔柱状图)，对于有明显位移的部位应绘制该深度的位移与时间关系曲线，并根据需要绘制位移矢量与深度关系曲线、方位角与深度关系曲线以及测区位移矢量平面分布图。

(4)边坡渗流监测。本试验主要监测天然膨胀土不同深度、岩体层面或裂隙、天然膨胀土-岩体界面、衬砌(或防护层)-被衬砌物(被防护层)界面等4个部位，监测的技术方法、程序步骤及细节性要求详见相关规范规程规定。观测数据成果整理要求：①计算相关水位；②计算岩土或不同介质界面的渗压值；③绘制水位或渗压与时间关系曲线；④绘制水位或渗压沿断面方向分布曲线。

(5)边坡应力监测。监测对象为天然膨胀土-岩体界面、衬砌(或防护层)-被衬砌物(被防护层)界面、抗滑桩桩体及周边、岩体层面或裂隙等4个部位，监测的技术方法、程序步骤及细节性要求详见相关《规范》或《规程》规定。观测数据成果整理要求：①绘制各个部位在不同工况下的时间、水位或渗压-应力曲线；②绘制抗滑桩桩体内的时间、桩深及位移-应力应变曲线；③抗滑桩周边岩土应力变化曲线。

2　结束语

根据项目施工建设和运行管理需要，提出若干相应的试验方案，然后通过科学的分析和比较，找到合理的试验方案，并运用这些方案进行试验研究、取得必要成果、提供客观数据，以便于确定项目施工技术参数、现场处理方案和安全运行参数，从而正确指导项目的施工建设、安全，确保工程的运行管理。

[1]GB50112-2013，膨胀土地区建筑技术规范[S].

[2]CECS 55-1993，孔隙水压力测试规程[S].

[3]SL237-1999，土工试验规程[S].

[4]GB/T 50266-2013，工程岩体试验方法标准[S].

(责任编辑胡进)

The probe into experimental methods of expansive soil in the water transfer project from the Yangtze River to Huaihe River

BAI Yu-kun

(The Supervision Center of Anhui Water Conservancy Construction,Hefei 231000,China)

This paper elaborates the experimental methods of expansive soil in the water transfer project from the Yangtze River to Huaihe River,and analyzes the research results.

diversion of water from Yangtze River to Huaihe River； expansive soil； improved test； in-situ monitoring

2016-05-10；

2016-05-15

柏玉坤(1978-)，男，安徽长丰人，工程师，主要从事工程项目管理工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2016.03.016

TV83

A

1671-6221(2016)03-0048-04