大湟平公路水泥改良湿陷性黄土水稳性试验对比分析研究

卢绍珍

(青海省公路建设管理局 西宁 810008)

青海省S102西宁绕城环线大通经湟中至平安段公路总长约110.57km，湿陷性黄土分布广泛，全线有湿陷性黄土共63.83km。项目路线所经青海东部地，农作物品质繁多，并且该地区生态环境较脆弱，水土流失比较严重，一旦地表植被因施工遭到破坏，很难恢复。近几年随着公路工程项目大规模推进，需要大量的建筑材料用于路基的填筑。但是当地可用的优质路基填料缺乏，路堑挖方产生的大量黄土不能满足路基填料的规范要求将被丢弃，必然会造成周围生态环境污染，还会占用大量耕地。因此如何避免破坏耕地，保护生态环境，将储量丰富的各类黄土变废为宝，应用到公路建设中显得迫在眉睫，尤其是对于黄土分布广泛的大湟平公路更为重要。

1 湿陷性黄土工程特性和改良机理

1.1 湿陷性黄土工程特性

湿陷性黄土是一种遇水膨胀，失水收缩的土，工程特性主要表现为土质比较均匀、孔隙率大、结构呈疏松状态[1]。通常在没有受水浸湿时，强度较高，压缩性较小。当黄土在遇水、受水浸湿时，土体结构会很快遭到破坏，随之产生较大的沉降量，强度也随之迅速降低。因此在建设工程实施中遇到湿陷性黄土，应根据结构物的使用功能和安全性综合考虑，采取以地基处理为主的综合处理方法，防止地基湿陷对建筑物或公路路基产生损害。在公路建设中一般对黄土路基路段采用CRB值好，稳定性好的填料进行换填，比如一般采用砂砾换填等办法。或者综合考虑现场实际情况，在填料选择有限的地区采用石灰或化学剂改良的方法对黄土进行改良。对于直接废弃或用石灰、化学剂改良[2]，虽然能够解决在黄土地区路基施工面临的问题，但是也带来环境破坏、土地资源浪费、成本过高等一系列不利影响。

1.2 湿陷性黄土改良机理

处理湿陷性黄土的方法主要有强夯、重锤表层夯实及垫层法、挤密桩法、桩基础、化学加固法、预浸水法等等[3]，其本质就是使之与土壤发生一定程度的物理、化学反应，达到通过改变原土的物理力学性质来确保湿陷性黄土稳定。水泥改良黄土的方法就是用少量水泥掺入土中就能改变土的性质，其原因是水泥分布在土中构成坚固的核心，在所有的空隙中形成水化水泥的骨架，借以达到约束土粒的结果。

2 湿陷性黄土水稳性试验方案

根据以上对湿陷性黄土工程特性和改良机理分析，大湟平公路中拟采用水泥进行水稳性研究。实验中水泥掺量分别以4%、5%、6%、7%、8%分五组掺入湿陷性黄土中。按照抗压试样法制样，按浸水、不浸水和浸水后烘干三个不同的条件养护，并将制备养护好的试件按此分为三组，满足要求后测得其抗压强度。以3个试件为为一组[4]，测得平均抗压强度。第一组(1#)试件养护到28d后放入烘箱在105～110℃下烘8h，测抗压强度；第二组(1#)试件养护到28d后放入水中浸泡24h，将其再放入供箱，在105～110℃下再烘8h，然后分别测其干抗压强度；第三组(3#)试件养护到28d后直接放入水中浸泡24h后，将其取出用干布擦去表面的水分，然后直接测其抗压强度。

湿陷性黄土的水稳、软化系数和强度损失分别按下式计算：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：D1(%)，D2(%)——强度损失；

K1，K2——水稳系数，软化系数[5]；

R1，R2，R3——第一、二、三组试件的平均抗压强度(单位MPa)。

3 水稳性试验结果与分析

按上述试验方案及操作步骤进行不同水泥配合比改良黄土的水稳性试验，各取土场不同配合比水泥改良黄土水稳性试验结果，根据表1～3中试验结果绘制出各取土场不同配合比水泥改良黄土的水稳性曲线。

表1 1#水泥改良黄土水稳定性试验结果(单位：MPa)

表2 2#水泥改良黄土水稳定性试验结果(单位：MPa)

表3 3#水泥改良黄土水稳定性试验结果(单位：MPa)

3.1 第一组水泥改良黄土水稳定性结果与分析

从图1可以看出：试件在经烘箱烘过后抗压强度陡然增加，并且浸水强度远远小于未浸水强度。第一组试件未浸水烘干后抗压强度在增长到7%水泥剂量后出现下降；第二组试件浸水后烘干抗压强度在水泥剂量5%后逐渐下降；第三组试件浸水后抗压强度随着水泥剂量的增加缓慢增长。

图1 水泥改良黄土水稳性抗压强度曲线图(1#)

从图2中可以看出：随着水泥剂量的增加水稳定系数和软化系数逐渐下降而后又增加趋势，说明水泥改良黄土的水稳定性随着水泥剂量的增大先逐渐下降，但水泥达到一定剂量后水稳定性出现增加趋势。

图2 水泥改良黄土水稳性曲线图(1#)

3.2 第二组水泥改良黄土水稳定性结果与分析

从图3可以看出：第一组试件未浸水烘干后抗压强度和第二组试件浸水后烘干抗压强度线型呈波浪形，强度不稳定，在水泥计量达到6%时强度增加，然后减小趋于稳定；第三组试件浸水抗压强度随着水泥剂量的增加缓慢增长；试件在经烘箱烘过后强度呈先增加后降低的趋势。从图4中可以看出：随着水泥剂量的增加水稳定系数逐渐下降达到7%水泥剂量后开始出现增加趋势，而软化系数随着水泥剂量的增加水稳定系数逐渐下降，水泥剂量达到6%后逐渐增加。说明水泥改良黄土的水稳定性随着水泥剂量的增大先逐渐下降，然后出现增加趋势。

图3 水泥改良黄土水稳性抗压强度曲线图(2#)

图4 水泥改良黄土水稳性曲线图(2#)

3.3 第三组水泥改良黄土水稳定性结果与分析

图5 水泥改良黄土水稳性抗压强度曲线图(3#)

图6 水泥改良黄土水稳性曲线图(3#)

从图5可以看出：第三组试件浸水抗压强度随着水泥剂量的增加缓慢增长；第一组试件未浸水烘干后抗压强度和第二组试件浸水后烘干抗压强度线型呈波浪形，强度不稳定，先增加后减小而后再增加。从图6可以看出：水泥改良后的水稳定性系数和软化系数呈波浪形，规律性不是特别明显。

4 结论

综上所述，通过在湿陷性黄土中掺入不同含量的水泥制备试件，将养护好的改良土试件按浸水、不浸水和浸水后烘干不同的条件测其抗压强度，对水泥改良黄土的水稳性进行比较分析。可以看出水泥改良黄土的强度稳定，水稳性较好。结合现场实际情况，水泥改良黄土减少现场的土石调配方量和运距，具有较好的经济效益，且将改良后的黄土使用于路基，变废为宝，还具有良好的社会、环保效益。