ＰＳ材料加固交河故城土體試驗研究

內容摘要：交河故城病害的成因主要是風化作用，本文選用PS材料對交河故城土體進行了加固試驗，對原狀土和重塑土PS加固前后進行力學強度測試和抗風蝕能力測試。試驗結果表明PS加固交河故城土體后，其物理力學參數都能得到明顯的改善，抗風蝕能力也得到明顯提高，證明交河故城土體適于用PS材料進行表面防風化加固。

關鍵詞：PS材料；交河故城；加固試驗；風蝕

中圖分類號：K854.3 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106(2007)05-0032-04

千百年來，由于受環境諸因素，特別是強烈的風蝕和雨蝕的影響，使新疆吐魯番交河故城遺址產生了多種地質病害，如裂隙、沖溝發育，危土體坍塌，墻面風化剝離等對遺址造成嚴重破壞。所以對交河故城土體進行研究，探討其加固原理就有非常重要的意義。

PS材料經過敦煌研究院多年來的研究和應用，已經在多處土遺址加固工程中發揮了巨大的作用，如寧夏西夏王陵、甘肅玉門關、河倉城、破城子、高昌故城等。實踐證明，PS材料用于土質文物具有良好的效果。為了更好地將其應用于交河故城的保護加固工程中，本文對交河故城土體的物理力學性質和PS材料加固效果進行了初步的研究。

一 交河故城土體的性質

交河故城本體土的類型有四種：生土、夯土、垛泥和土坯。本試驗選取前三種土作為研究對象，三種土在物理力學性質上有較大的差別，通過大量的室內常規試驗得出交河故城土的基本物理性質如表1所示。

可以看出，交河故城土體的類型不同，導致其基本性質也有所差別，生土建筑是在原狀土中直接開鑿而成的，屬天然土，所以其土體性質波動范圍較大，而夯土和垛泥都具有特殊的施工工藝，所以其性質相對較單一。從表中還可以看出，夯土的性質與垛泥相比較好一些，這與兩種土的建造工藝的差異有關。

二 交河故城土PS加固試驗

試驗選用交河生土和垛泥作為研究對象，用PS材料對其原狀土和重塑土樣進行加固，測試其物理力學性質，對比加固前后的結果，得出其加固效果。

1、試樣的制取

①原狀樣

將交河故城現場取的土樣切割成大小統一的立方體，本試驗為5cm×5cm×5cm的立方體，詳細測量每塊試樣的尺寸和重量。在室溫條件下自然養護至干待測。

②重塑土樣

參照交河故城土的天然密度，試驗選取1.5g/cm³、1.6g/cm³、1.7g/cm³三種密度進行制樣。將原狀土用粉碎機粉碎，過5mm的篩子，一般按10％的含水量充分拌勻，裝入塑料袋密封過夜，使其充分浸濕。

定量稱取備好的濕土，裝入7.07cm×7.07cm×7.07cm立方體模具，在WE-30型液壓式萬能材料試驗機下壓制，之后用脫模機脫模。將試樣放在室內一定時間自然風干養護，風干時間可控制半個月，并稱試樣質量，風干的指標含水量控制在2.0％左右。

2、PS材料加固方案

試驗采用模數為3.8的PS溶液，采用濃度分別為3％、5％、7％和10％。試驗方案分為以下幾種：①未用PS加固。②3％濃度PS溶液噴灑第一次、5％濃度PS溶液噴灑第二次、7％濃度PS溶液噴灑第三次。③5％濃度PS溶液噴灑三次。④7％濃度PS溶液噴灑三次。⑤10％濃度PS溶液噴灑三次。

3、試驗結果分析

(1)抗壓、抗拉強度試驗

①原狀土

將原狀土用5％濃度PS溶液噴灑三次，每次噴灑時間間隔為24小時，全部噴灑完畢后在室內養護至自然風干，測試其單軸抗壓和抗拉強度，選取典型的土樣JH-029、JH-030、JH-011和JH-012，其測試結果如表2。

可以看出：經過PS材料加固后，生土和垛泥的強度得到了明顯的提高，提高幅度120％-180％，生土的強度要高于垛泥。

②重塑土

分別對密度為1.5g/cm³、1.6g/cm³、1.7g/cm³的重塑土樣進行PS加固，采用與加固原狀土同樣的方式，加固后測試其PS固含量和強度(見表3、4、5)。

從表3、4和5可以看出：土的密度越小，吸收PS溶液的能力越強，經PS加固后，重塑土的抗壓和抗拉強度明顯增大，最大可提高約1.6倍。

(2)抗風蝕試驗

抗風蝕能力測試在中國科學院寒區旱區研究所的寧夏沙坡頭野外風洞試驗室進行，試樣水平放置，采用風速為17m/s的攜沙風，吹蝕時間為10分鐘。

①原狀土

對原狀土進行(1)、(2)、(3)、(4)、(5)種方式的操作進行加固，并對其結果進行對比分析，試驗結果如表6、圖1。

從圖1中可以看出，PS濃度越大，原狀土的抗風蝕能力越強，但變化不明顯，所以PS濃度以5％濃度為宜。不同加固方法以及PS濃度不同，風蝕率也略有不同。未加固的原狀土風蝕率為加固土風蝕率的6-24倍，可見PS加固后原狀土的抗風蝕能力大大提高。

②重塑土

從表7可以看出：密度越大，PS加固后抗風蝕能力越強，加固樣的抗風蝕能力提高8-22倍。

三 結論

1、交河故城各種土的物理參數有所差別，但總體來講其物理性質較好。

2、土的密度越小，吸收PS溶液的能力越強，經過PS材料加固后，原狀土和重塑土的強度都能得到明顯的提高，原狀土可提高1.8倍，重塑土可提高1.6倍。

3、經PS加固后，土的抗風蝕能力明顯增強，原狀土可提高6-24倍，重塑土可提高8-22倍。不同加固方法以及PS濃度不同，風蝕率也略有不同，PS濃度以5％為宜。

4、PS材料是交河故城土體加固的理想材料。

致謝：本試驗得到西北大學文博學院孫滿利高級工程師和敦煌研究院張魯高級工程師的大力支持，在此表示感謝。

責任編輯：梁 紅