水泥拌合土在黄土区域高陡边坡管沟回填段的应用研究

2020-08-27苏曼

山西水利科技 2020年2期

苏曼

（山西省东山供水工程建设管理局山西太原030002）

1 工程概况

东山供水工程部分输水管线位于山地丘陵地段，地层岩性为第四系中更新统洪积低液限黏土，土质主要由自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土组成。管道多次穿越深沟，管道铺设于高、陡边坡上，原设计沟槽回填为原状开挖土压实回填。但在施工过程中发现，管道安装、回填后，管顶出现与管道平行的回填坡道，如采用原状开挖料回填，湿陷性黄土在受雨水浸泡冲刷后，将产生水蚀冲沟或土质沉陷，后期存在回填土被雨水冲刷、掏空的风险，直接影响了工程的安全运行（见图1）。

图1 穿沟段高边坡沟槽开挖图

2 解决方案

针对原状开挖土回填不满足管道安全运行的问题，经设计研究提出：高、陡边坡段输水管线沟槽采用水泥拌合土回填，可以较好地解决该段输水管线的防冲问题，避免管道因雨水冲刷渗漏而造成的返修损失和对环境的破坏，保证管线长期安全运行，但水泥拌合土的配比、防冲效果及验证标准等相关指标有待进一步研究。

3 现场试验

根据设计提出的水泥拌合土回填方案，施工现场进行了湿陷性黄土与水泥拌和后的回填碾压试验，通过测试水泥拌合土回填后的固结性能和抗冲刷性能，确定满足设计要求压实度（90%）的情况下水泥和水的用量，以及回填碾压参数等施工指标。试验流程如下：

场地选择——试验场地土含水率测定——调整至最优含水率——拌制水泥拌合土——水泥拌合土回填夯实——防冲检测。

3.1 场地选择

试验选取了一段上坡地形，坡度为55%。试验前开挖出深度1 m，底宽0.5 m的沟槽，沟槽两侧坡比1∶0.75，试验长度为5 m。对该段沟槽采用不同配合比的水泥拌合土回填后进行防冲试验。

3.2 水泥拌合土试样制备

水泥拌合土拌制前先对试验场地的原状土进行含水率的测定，以验证是否达到击实试验中要求的最优含水率（16%）。测定原状土含水率为3%，需对原状土进行补水处理。

查阅相关资料，初步选定制备三组试样，每自然方土水泥拌和量分别为100 kg、150 kg、180 kg。按照16%的最优含水率计算，水泥拌和土的需水量m为水泥补水量m1与原状土补水量m2之和，即：

式中：m土为每自然方原状土的质量；m水泥为每自然方土的水泥质量。

根据公式1计算出三组试验所需的补水量为250 kg、258 kg、263 kg。

将三组材料根据计算所得的补水量进行拌合，采用人工配合挖机挖斗方式进行搅拌，拌合过程分多次加水，并做到拌和均匀。

3.3 水泥拌合土回填、夯实

水泥拌合土制备完成后，将三组试样分别使用挖机缓慢填入试验沟槽中，每层回填厚度为25 cm，人工整平后采用单缸振动压路机进行夯实（分层压实方法详见图2），随后后对回填后的水泥拌合土进行洒水养护，并于7 d后进行强度及抗冲刷检测。

图2 分层回填示意图

3.4 现场强度及抗冲刷试验

1）铁锹开挖强度试验

铁锹开挖强度试验，是在养护后的水泥拌合土上使用圆头铁锹进行开挖试验，用于初步判定不同配合比的水泥拌合土强度差异。

经试验，使用相同力度情况下，100 kg水泥用量拌合土的试样开挖出大块土，深度约为5 cm，且容易开挖；150 kg水泥用量拌合土的试样深度约为3 cm，且较容易开挖；180 kg水泥用量拌合土的试样开挖出少量板结土块，深度约为2 cm，开挖困难，详见图3、4、5。

图3 100 kg水泥量拌合土铁锹开挖强度试验情况

图4 150 kg水泥量拌合土铁锹开挖强度试验情况

图5 180 kg水泥量拌合土铁锹开挖强度试验情况

2）人工冲刷试验

人工冲刷试验，是在养护后的水泥拌合土上模拟水流冲刷情况。试验用水使用2.2 kW的水泵从水箱内取水，流量为0.8 L/min，距离冲刷地面高度为2.2 m。冲刷5min后，待冲刷面浸泡30min，再进行5min冲刷。

经试验，100 kg水泥用量拌合土表层未发现明显冲刷痕迹，浸泡30 min后再次冲刷，发现坑底冲出约1 cm冲坑，用手摸底部出现泥土沉积，且渗水快；150 kg水泥用量拌合土表层未发现明显冲刷痕迹，浸泡30 min后再次冲刷，发现坑底出现泥土松动，用手摸底部出现泥土沉积，且渗水较快；180 kg水泥用量拌合土表层未发现明显冲刷痕迹，浸泡30 min后再次冲刷，未发现明显痕迹，用手摸底部未有淤泥，且基本无渗水（图6、7、8）。