河堤加固中低液限黏土擊實試驗研究

賈　佳　史皓男

(遼寧省康平縣水利局，遼寧 沈陽　110500)

?

河堤加固中低液限黏土擊實試驗研究

賈佳史皓男

(遼寧省康平縣水利局，遼寧 沈陽110500)

【摘要】堤防是防御洪水、保護沿河人民生命和財產安全的重要屏障，其填筑材料決定著其穩定性及防護能力。康平縣西遼河治理工程區范圍內，土料均為低液限黏土，在堤防填筑過程中難以壓實，土體穩定性差。因此，通過對低液限黏土取樣、基本性質試驗及擊實試驗，研究其基本性質與擊實性能，可為堤防的設計和施工提供有力的技術依據。

【關鍵詞】堤防加固； 低液限黏土； 基本性質； 擊實試驗

1引言

堤防是河道的重要組成部分，是防御洪水、保護沿河人民生命和財產安全的重要屏障[1-2]。而堤防填筑材料的選取又是決定堤防穩定性、防滲性能的關鍵因素。康平縣位于遼河流域，屬于北溫帶季風型氣候，降水量偏少，多年平均降水量為524mm。康平縣位于遼河西岸，由于河堤兩岸阻水建筑物較多，導致水位壅高，防洪堤多處存在安全隱患。遼河在康平縣境內共有套堤9個，總長度 17.17km，治理工程區面積為6.23km2。康平縣西遼河治理工程區范圍內的土料均為低液限黏土，具有液限低、塑性指數小等特點，在堤防填筑過程中難以壓實，土體穩定性差[3]。若另外從其他堤防選取土料場，會增大運距，增加工程的投資，還會涉及環保等問題。因此如何采用低液限黏土填筑堤防，并保證填筑質量是該工程的重點。在工程區樁號SR0+000～SR1+910(Ⅰ標)、SR1+910～SR3+810(Ⅱ標)、SR3+810～SR5+610(Ⅲ標)和SR5+610～SR7+480(Ⅳ標)范圍內的堤防附近各選取一處土料場，在土料場內選取有代表性的位置，開挖探坑，在探坑的0.5m、1.0m和1.5m深度處，按試驗的要求各取樣20kg[4-6]。通過對低液限黏土取樣、基本性質試驗及擊實試驗，研究其基本性質及擊實性能，為堤防的設計和施工提供有力的技術依據。

2基本性質試驗及結果分析

土料的基本性質試驗包括天然含水率試驗、比重試驗、液塑限試驗和顆粒分析試驗等，試驗方法按照《水利水電工程土工試驗規程》(DL/T 5335—2006)的要求進行[7]。

天然含水率試驗：將取回的土樣攪拌均勻后，取代表性試樣稱重后，放入烘箱，按規范要求烘干后稱重，按式(1)計算土樣的含水率：

(1)

式中w——土樣含水率；

m——樣品質量；

md——烘干后樣品質量。

每組土樣進行兩次平行測定，取平均值作為試驗結果，如表1所列。

表1　各標段土料場天然含水率

由表1可知，上層土樣的天然含水率較低，下層土樣較高，同一深度不同標段和同一標段不同深度的土料天然含水率有所差異。應根據后面擊實試驗得到的最優含水率來控制土料的含水率，對于上層含水率較低的土料可以灑適量的水，對于下層含水率較高的土料可以通過晾曬來適當降低其含水率，在土料采挖、運輸、卸料時應讓上層土和下層土拌和，使其含水率接近填筑要求。

比重試驗的結果按式(2)計算，每組土樣進行兩次平行測定，取平均值作為試驗結果，如表2所列。

(2)

式中Gs——土的比重；

md——烘干試樣質量；

m1——瓶、試液的總質量；

m2——瓶、試液、試樣的總質量；

GwT——T℃時試液的比重。

表2　各標段土料場土料比重

由表2可知，各個標段的土料比重比較接近，在2.68～2.72之間，平均值為2.70。

液塑限試驗是先將土樣過0.5mm的篩，再取400g分成三份，加入不等量的水，測定不同圓錐下沉深度的土樣含水量，即得到液塑限，再用式(3)和式(4)計算塑性指數和液性指數，試驗和計算結果如表3所列。

(3)

(4)

式中IP——塑性指數；

wL——液限；

wP——塑限；

w——天然含水率；

IL——液性指數。

表3　各標段液塑限試驗結果

由表3可知，各標段土料場的土料均為低液限黏土。

顆粒分析試驗是根據顆粒級配和大小不同，采用篩析法、密度計法、移液管法、聯合法進行測定，可以繪制出顆分曲線并分析其級配，采用不均勻系數CU和曲率系數CC來評價，見式(5)和式(6)，試驗結果如表4所列。

(5)

(6)

不均勻系數CU可以反映顆分曲線的陡緩，其值越大則曲線越陡，說明土的顆粒大小不均勻；其值越小則曲線越緩，說明顆粒大小均勻。曲率系數CC則反映的是顆分曲線的整體形狀、連續性和細顆粒含量。當土的CU≥5且CC=1～3時，則判斷該土級配良好，反之則級配不良。

表4　土樣的不均勻系數及曲率系數

由表4可知，除Ⅰ標的三個探坑土料級配良好之外，其他標段大部分土料的級配都不良，曲率系數多數在1～3之間，說明粒組比較連續，沒有明顯的缺失；不均勻系數多小于5，說明其曲線較緩，土顆粒比較均勻。

3低液限黏土的擊實試驗

3.1試驗步驟

本次試驗采用輕型擊實試驗，錘質量2.6kg，落高315mm，其單位體積的擊實功為592.8kJ/m3。具體試驗步驟如下：取有代表性的風干土樣20kg，用人工或機械碾碎；過5mm篩，將篩下的土樣拌勻，并測定此時含水率，根據土的塑限估算最優含水率，按照含水率依次相差2%制備兩個大于塑限、兩個小于塑限、1個接近塑限，共一組5個試樣；將2.5kg土樣放入盛土盤內。按照上面的含水率噴濕，并密封靜置不少于12h；將擊實儀安裝固定好，在擊實筒內壁和底板涂潤滑油，將土樣分三層倒入，并分別擊實，每層25擊，每層接觸面刮毛，擊實完成后在護筒內壁削挖一周，取下護筒和底板等，推出試樣并稱重。

3.2擊實試驗結果

擊實后的含水率根據式(1)計算，干密度按式(7)計算。

(7)

式中ρd——干密度，g/cm3；

ρ——濕密度，g/cm3；

w——含水率，%。

根據計算結果，以干密度為縱坐標、含水率為橫坐標繪制兩者的關系曲線，曲線上最高點的縱、橫坐標即為最大干密度和最優含水率。各標段的土料擊實曲線如圖1～圖4所示。

圖1　Ⅰ標土料擊實曲線

圖2　Ⅱ標土料擊實曲線

圖3　Ⅲ標土料擊實曲線

圖4　Ⅳ標土料擊實曲線

由上述擊實曲線可以看出：Ⅰ標土料場的三組試樣擊實曲線形狀較近似，數值離散性較小，最優含水率較為接近，范圍在17.3%～18.8%之間，最大干密度差別很小，范圍在1.67～1.69 g/cm3之間；Ⅱ標土料場的三組試樣擊實曲線形狀有差異，數值離散性較大，最優含水率差別較大，范圍在16.9%～18.8%之間，最大干密度差別也較大，范圍在1.62～1.66g/cm3之間；Ⅲ標土料場的三組試樣擊實曲線形狀較近似，其中兩組數值離散性較小，另外一組差別較大，最優含水率較為接近，范圍在17.0%～18.0%之間，最大干密度差別很小，范圍在1.68～1.70g/cm3之間；Ⅳ標土料場的三組試樣擊實曲線形狀差異較大，數值離散性大，最優含水率較為接近，范圍在17.5%～18.5%之間，最大干密度差別較大且數值較小，范圍在1.59～1.65g/cm3之間。

根據上述結果可知：Ⅰ標土料場土料的擊實性能比較接近，土質較均勻；Ⅱ標、Ⅲ標和Ⅳ標土料場各土料的擊實性能均差異較大，建議在施工時，將各土料場進一步劃分并對劃分后的區域做擊實試驗，根據試驗結果選取合適的土料進行堤防填筑施工。

4結論

通過對各標段土料場的土料進行基本性質試驗和擊實試驗，對各土料場土料的擊實性能進行了研究，結論如下：Ⅰ標土料場的三組試樣最優含水率平均值為18.0%，最大干密度平均值為1.68 g/cm3；Ⅱ標土料場的三組試樣最優含水率平均值為17.6%，最大干密度平均值為1.64g/cm3；Ⅲ標土料場的三組試樣最優含水率平均值為17.5%，最大干密度平均值為1.69g/cm3；Ⅳ標土料場的三組試樣最優含水率平均值為18.0%，最大干密度平均值為1.62g/cm3；Ⅰ標土料場土料的擊實性能比較接近，土質較均勻；Ⅱ標、Ⅲ標和Ⅳ標土料場各土料的擊實性能均差異較大。

參考文獻

[1]汪東林,欒茂田,楊慶.非飽和重塑低液限黏土體積變化特性試驗研究[J].水利學報,2008(3):367-372,379.

[2]沈華中,張慧,蘭雁,等.基于含水量與干密度的低液限黏土強度公式[J].人民黃河,2008(4):83-85.

[3]王保田,陳西安.懸掛式防滲墻防滲效果的模擬試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2008(S1):2766-2771.

[4]王瑞民.山西磨河水電站壩基工程地質問題研究[J].中國水能及電氣化,2014(8):54-57.

[5]歐陽學金.兩河口水電站心墻堆石壩防滲心墻料的研究[J].中國水能及電氣化,2014(8):67-70.

[6]戴永堅.山西省松塔水電站樞紐工程壩基滲漏及壩基工程處理[J].水利建設與管理,2013(1):35-37.

[7]陶煉.淺談丘北干龍潭水庫除險加固工程大壩穩定分析及處理措施的選擇[J].水利建設與管理,2013(6):67-71.

Research on low liquid limit clay compaction test in embankment reinforcement

JIA Jia,SHI Haonan

(Liaoning Kangping County Water Resources Bureau,Shenyang 110500,China)

Abstract：Embankment is an important barrier to prevent flood and protect life and property safety of people along the river.The filling materials thereof determine the stability and prevention ability.Soil materials belong to low liquid limit clay in the scope of Kangping County Liaohe governance project area.It is difficult to compact the materials in the embankment filling process.The soil stability is poor.Therefore,the basic property and compaction performance thereof are studied through low liquid limit clay sampling,basic property test and compaction test,thereby providing powerful technical basis for embankment design and construction.

Key words：embankment reinforcement; low liquid limit clay; basic properties; compaction test

DOI:10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.06.010

中圖分類號：TV871

文獻標志碼：A

文章編號：1005-4774(2016)06-0037-04