沙漠地区输电线路基础水泥固化风积沙技术的试验研究

徐玉波+李洋+李俊+付林+岳华刚+胡亚芳

摘 要：文章以新疆风积沙地基为研究对象，提出水泥固化风积沙复合土技术，主要是利用天然沙漠风积沙地基的含水量，而不在现场施加水，天然状态下风积沙地基含水量变化范围为0到3～4%之间。在文中主要阐述通过了直剪试验，确定天然状态下风积沙地基的水泥掺量，使黏聚强度达到峰值，从而大大提高沙漠地区输电线路杆塔基础的稳定性。

关键词：水泥固化风积沙；含水量；直剪试验；水泥掺量

中图分类号：TU47 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）03-0045-02

Abstract： Taking the aeolian sand foundation in Xinjiang as the research subject， this paper puts forward the technology of cement-solidified aeolian sand composite soil， which mainly uses the water content of the natural desert aeolian sand foundation， but does not apply water on the spot. The range of water content of aeolian sand foundation varies from 0 to 3～4% under natural conditions. In this paper， through direct shear test， the cement content of wind-sand foundation in natural state is determined， so that the cohesion strength reaches the peak value， thus greatly improving the stability of transmission line tower foundation in desert area.

Keywords： cement-solidified aeolian sand； water content； direct shear test； cement content

引言

大量文獻和试验统计资料表面，沙漠风积沙地基的天然含水量变化范围为0到3～4%之间。水泥固化风积沙复合土就是在天然风积沙掺入一定量的水泥，拌和形成输电线路杆塔基础的回填料，经压实和回填后，掺入的水泥利用风积沙中的自然含水量，通过一系列的物理化学作用，能明显改善风积沙的强度和变形特征，形成具有稳定的抗压、抗剪强度的水泥固化风积沙地基。水泥固化风积沙复合土体可大大提高沙漠地区输电线路杆塔基础的稳定性，也有利于沙漠地区输电线路杆塔基础的防风固沙[3]。

水泥固化风积沙复合土地基既可以应用于风积沙地基在外荷载或风蚀的作用下不能满足基础承载性能要求时的基础抢修，也可应用于杆塔基础因灾受损基础重建工程中。

1 水泥固化风积沙复合土强度试验

1.1 水泥掺量对水泥固化风积沙复合土抗剪强度的影响

试验风积沙取自内蒙古达拉特旗库布齐沙漠，粒径主要集中在0.25mm～0.5mm。试验前，将风积沙地基的含水量调整为3%。图1显示了100kPa、200kPa、300kPa和400kPa正应力条件下3%含水量的风积沙地基直剪试验剪切应力-剪切位移和剪切位移-竖向位移关系曲线。

图2 显示了100kPa、200kPa、300kPa和400kPa正应力条件下，3%含水量的风积沙地基掺入3%、6%和9%水泥后的直剪试验剪切应力-剪切位移和剪切位移-竖向位移关系曲线。根据直接剪切试验结果，按照摩尔-库伦强度准则进行抗剪强度拟合，即可得到相应的黏聚强度和内摩擦角。

试验结果分析：（1）黏聚强度随水泥掺量的增加有较明显增长趋势，当水泥掺量为6%时达到峰值，当水泥掺量超过6%后，黏聚强度反而降低了，说明利用风积沙地基天然含水量掺入水泥形成水泥固化风积沙复合土时，控制水灰比为0.5 时比较合理。（2）当水泥掺量为6%时，黏聚强度达到峰值，但相应的内摩擦角却明显降低。但总体上看，随水泥掺量的增加，内摩擦角的变化不明显，说明在风积沙地基中加入水泥，不能有效地提高内摩擦力的作用。

1.2 水泥固化风积沙复合土抗压强度试验

为进一步获得水泥固化风积沙复合土抗压强度，完成了14个风积沙含水量为3%、水泥掺入量为6%的水泥形成水泥固化风积沙复合土的抗压强度试验。

试验结果给出，水泥固化风积沙复合土抗压强度的平均值为0.156MPa，标准差为0.074MPa。

2 水泥固化风积沙杆塔基础抗拔试验

2.1 模型试验装置及其原理

利用国家电网公司重点实验室岩土工程实验室的输变电工程地基基础大型室内试验系统，完成了风积沙和水泥固化风积沙2 种地基条件下的杆塔基础抗拔模型试验。其中模型试验槽尺寸为长×宽×高为3.5m×3.5m×2.0m[1]。

2.2 试验工况设计

模型基础采用钢筋混凝土制作，以模拟混凝土扩展基础的抗拔承载性能。风积沙和水泥固化风积沙2种地基条件下的杆塔基础抗拔模型试验数量共23个，其中风积沙杆塔基础试验14个，水泥固化风积沙杆塔基础试验9个。

试验过程中通过在底板上回填不同厚度的风积沙或水泥固化风积沙，以模拟不同的底板边长、不同深宽比下混凝土扩展基础的抗拔承载性能。

2.3 基础抗拔荷载位移曲线

实验结果可知，风积沙地基基础抗拔过程大致可分为3个特征阶段：（1）弹性变形阶段，该阶段基础位移随上拔荷载的增加近似呈线性增长，荷载～位移曲线近似为直线。（2）弹塑性变形至基础极限承载力阶段，该阶段基础位移随上拔荷载增加呈非线性增长，每一级荷载作用下基础荷载～位移曲线的位移变化速率明显大于弹性变形阶段，直至基础抗拔极限承载力。（3）承载力软化至残余强度阶段，该段位移快速增加，但基础承载力由抗拔极限承载力下降至残余强度，残余强度后承载力不再降低，但位移不断增加，直至基础破坏。

相比而言，水泥固化风积沙地基条件下基础抗拔则呈现出显著的2特征变化特征，表现出明显的脆性破坏。在基础达到破坏荷载前，基础位移变化很小，而一旦基础破坏，则抗拔极限承载力迅速下降至残余强度，位移不断增加，直至基础破坏。

3 结束语

通过现场试验发现水泥固化风积沙地基抗拔承载能力较风积沙地基有大幅度提高，可大大提高沙漠地区输电线路杆塔基础的稳定性，也有利于沙漠地区输电线路杆塔基础的防风固沙。因此，应用水泥固化风积沙复合土地基作为沙漠地区杆塔基础因灾受损基础的修复重建工程，必将具有较好的经济和环境效益。

参考文献：

[1]刘文白，周健，刘霖，等.加筋风砂土抗拔试验研究（Ⅱ）-抗拔载荷能力计算分析[J].岩石力学与工程学报，2004，23（2）：430-435.

[2]李池，王建华.加筋风积砂地基承载力试验研究及计算分析[J].岩石力学与工程学报，2005，24（4）：687-691.

[3]企业标准.风积沙地区架空输电线路基础设计规定（Q/GDW11135-2013）[S].北京：中国电力出版社，2014.

[4]鄂雪君，王凤维.关于风积沙路基施工的相关研究[J].科技创新与应用，2015（34）：254.

[5]邢红杰.风积沙路基施工技术实例分析[J].科技创新与应用，2012（02）：31-32.endprint