沙漠地區輸電線路基礎水泥固化風積沙技術的試驗研究

徐玉波+李洋+李俊+付林+岳華剛+胡亞芳

摘 要：文章以新疆風積沙地基為研究對象，提出水泥固化風積沙復合土技術，主要是利用天然沙漠風積沙地基的含水量，而不在現場施加水，天然狀態下風積沙地基含水量變化范圍為0到3～4%之間。在文中主要闡述通過了直剪試驗，確定天然狀態下風積沙地基的水泥摻量，使黏聚強度達到峰值，從而大大提高沙漠地區輸電線路桿塔基礎的穩定性。

關鍵詞：水泥固化風積沙；含水量；直剪試驗；水泥摻量

中圖分類號：TU47 文獻標志碼：A 文章編號：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

大量文獻和試驗統計資料表面，沙漠風積沙地基的天然含水量變化范圍為0到3～4%之間。水泥固化風積沙復合土就是在天然風積沙摻入一定量的水泥，拌和形成輸電線路桿塔基礎的回填料，經壓實和回填后，摻入的水泥利用風積沙中的自然含水量，通過一系列的物理化學作用，能明顯改善風積沙的強度和變形特征，形成具有穩定的抗壓、抗剪強度的水泥固化風積沙地基。水泥固化風積沙復合土體可大大提高沙漠地區輸電線路桿塔基礎的穩定性，也有利于沙漠地區輸電線路桿塔基礎的防風固沙[3]。

水泥固化風積沙復合土地基既可以應用于風積沙地基在外荷載或風蝕的作用下不能滿足基礎承載性能要求時的基礎搶修，也可應用于桿塔基礎因災受損基礎重建工程中。

1 水泥固化風積沙復合土強度試驗

1.1 水泥摻量對水泥固化風積沙復合土抗剪強度的影響

試驗風積沙取自內蒙古達拉特旗庫布齊沙漠，粒徑主要集中在0.25mm～0.5mm。試驗前，將風積沙地基的含水量調整為3%。圖1顯示了100kPa、200kPa、300kPa和400kPa正應力條件下3%含水量的風積沙地基直剪試驗剪切應力-剪切位移和剪切位移-豎向位移關系曲線。

圖2 顯示了100kPa、200kPa、300kPa和400kPa正應力條件下，3%含水量的風積沙地基摻入3%、6%和9%水泥后的直剪試驗剪切應力-剪切位移和剪切位移-豎向位移關系曲線。根據直接剪切試驗結果，按照摩爾-庫倫強度準則進行抗剪強度擬合，即可得到相應的黏聚強度和內摩擦角。

試驗結果分析：（1）黏聚強度隨水泥摻量的增加有較明顯增長趨勢，當水泥摻量為6%時達到峰值，當水泥摻量超過6%后，黏聚強度反而降低了，說明利用風積沙地基天然含水量摻入水泥形成水泥固化風積沙復合土時，控制水灰比為0.5 時比較合理。（2）當水泥摻量為6%時，黏聚強度達到峰值，但相應的內摩擦角卻明顯降低。但總體上看，隨水泥摻量的增加，內摩擦角的變化不明顯，說明在風積沙地基中加入水泥，不能有效地提高內摩擦力的作用。

1.2 水泥固化風積沙復合土抗壓強度試驗

為進一步獲得水泥固化風積沙復合土抗壓強度，完成了14個風積沙含水量為3%、水泥摻入量為6%的水泥形成水泥固化風積沙復合土的抗壓強度試驗。

試驗結果給出，水泥固化風積沙復合土抗壓強度的平均值為0.156MPa，標準差為0.074MPa。

2 水泥固化風積沙桿塔基礎抗拔試驗

2.1 模型試驗裝置及其原理

利用國家電網公司重點實驗室巖土工程實驗室的輸變電工程地基基礎大型室內試驗系統，完成了風積沙和水泥固化風積沙2 種地基條件下的桿塔基礎抗拔模型試驗。其中模型試驗槽尺寸為長×寬×高為3.5m×3.5m×2.0m[1]。

2.2 試驗工況設計

模型基礎采用鋼筋混凝土制作，以模擬混凝土擴展基礎的抗拔承載性能。風積沙和水泥固化風積沙2種地基條件下的桿塔基礎抗拔模型試驗數量共23個，其中風積沙桿塔基礎試驗14個，水泥固化風積沙桿塔基礎試驗9個。

試驗過程中通過在底板上回填不同厚度的風積沙或水泥固化風積沙，以模擬不同的底板邊長、不同深寬比下混凝土擴展基礎的抗拔承載性能。

2.3 基礎抗拔荷載位移曲線

實驗結果可知，風積沙地基基礎抗拔過程大致可分為3個特征階段：（1）彈性變形階段，該階段基礎位移隨上拔荷載的增加近似呈線性增長，荷載～位移曲線近似為直線。（2）彈塑性變形至基礎極限承載力階段，該階段基礎位移隨上拔荷載增加呈非線性增長，每一級荷載作用下基礎荷載～位移曲線的位移變化速率明顯大于彈性變形階段，直至基礎抗拔極限承載力。（3）承載力軟化至殘余強度階段，該段位移快速增加，但基礎承載力由抗拔極限承載力下降至殘余強度，殘余強度后承載力不再降低，但位移不斷增加，直至基礎破壞。

相比而言，水泥固化風積沙地基條件下基礎抗拔則呈現出顯著的2特征變化特征，表現出明顯的脆性破壞。在基礎達到破壞荷載前，基礎位移變化很小，而一旦基礎破壞，則抗拔極限承載力迅速下降至殘余強度，位移不斷增加，直至基礎破壞。

3 結束語

通過現場試驗發現水泥固化風積沙地基抗拔承載能力較風積沙地基有大幅度提高，可大大提高沙漠地區輸電線路桿塔基礎的穩定性，也有利于沙漠地區輸電線路桿塔基礎的防風固沙。因此，應用水泥固化風積沙復合土地基作為沙漠地區桿塔基礎因災受損基礎的修復重建工程，必將具有較好的經濟和環境效益。

參考文獻：

[1]劉文白，周健，劉霖，等.加筋風砂土抗拔試驗研究（Ⅱ）-抗拔載荷能力計算分析[J].巖石力學與工程學報，2004，23（2）：430-435.

[2]李池，王建華.加筋風積砂地基承載力試驗研究及計算分析[J].巖石力學與工程學報，2005，24（4）：687-691.

[3]企業標準.風積沙地區架空輸電線路基礎設計規定（Q/GDW11135-2013）[S].北京：中國電力出版社，2014.

[4]鄂雪君，王鳳維.關于風積沙路基施工的相關研究[J].科技創新與應用，2015（34）：254.

[5]邢紅杰.風積沙路基施工技術實例分析[J].科技創新與應用，2012（02）：31-32.endprint