水泥土墻在水土保持工程中的運(yùn)用探究

郭穎良

摘? 要：水泥土是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的建筑材料，主要應(yīng)用于大壩加固防滲、基坑支護(hù)以及樁基施工當(dāng)中。此次研究主要是探討分析水泥土壤在水土保持工程中的應(yīng)用，按照水泥土的力學(xué)特性，聯(lián)合具體工程案例，比較分析漿砌石擋土墻和水泥土擋堵墻的建設(shè)成本，充分論證水泥土在水土保持工程中的應(yīng)用可行性。通過對比結(jié)果能夠看出，水泥土墻的應(yīng)用成本明顯低于漿砌石擋土墻。

關(guān)鍵詞：水泥土墻? 水土保持? 工程運(yùn)用

中圖分類號：P642 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）04（c）-0037-02

在現(xiàn)代工程中開始廣泛應(yīng)用水泥土材料，尤其是基坑工程應(yīng)用。當(dāng)基坑深度比較淺時，可以將水泥土墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。如果基坑深度比較大，且地下水位高，則可以將水泥土墻作為止水帷幕。對于地基處理工程來說，工程建設(shè)過程中會面臨地基承載力不足問題，特別是淤泥土質(zhì)地質(zhì)構(gòu)造，在施工過程中需要按照配合比摻加水泥，提升地基承載力。

1? 水泥土力學(xué)特性分析

1.1 抗拉強(qiáng)度

水泥土的抗拉強(qiáng)度比較低，一般為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的15%。如果無側(cè)限抗壓強(qiáng)度小于1.5MPa時，并且抗拉強(qiáng)度為0.2MPa。在具體設(shè)計(jì)期間不考慮水泥土抗拉強(qiáng)度。

1.2 抗剪強(qiáng)度

按照相關(guān)研究報(bào)道能夠看出，水泥土的內(nèi)摩擦角在25°左右，粘聚力在0.1～1.1MPa之間。在不斷增加水泥摻加量之后，內(nèi)摩擦角的變化不大，粘聚力會明顯提升。隨著固結(jié)壓力的不斷增加，抗剪強(qiáng)度增加幅度不大。由于受到固結(jié)壓力的作用影響，會改變試樣的破壞特征，會由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐摹．?dāng)固結(jié)壓力越大時，破壞影響越明顯。

1.3 抗壓強(qiáng)度

在水泥土力學(xué)指標(biāo)中，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是基礎(chǔ)性指標(biāo)。開展無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的難度比較小，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。現(xiàn)階段，建筑工程在檢驗(yàn)水泥土強(qiáng)度時，多以無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為依據(jù)。相比于天然土強(qiáng)度來說，水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度能夠增加到數(shù)百倍，并且會受到多種因素影響。

1.4 變形模量

水泥土不屬于彈性材料，所以工程主要應(yīng)用平均變形模量指標(biāo)，其是峰值應(yīng)力的50%對應(yīng)割線模量，定義公式如下：

在公式（1）中，Pu為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度;ε0.5為應(yīng)力為0.5Pu時，對應(yīng)的變化值。

2? 水泥土力學(xué)特性的影響因素

水泥土是按照特定水灰比漿液和土體攪拌而成，促使土和水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，以此生成堅(jiān)硬的生成物。

2.1 不同土質(zhì)

按照相關(guān)試驗(yàn)?zāi)軌蚩闯觯褂贸Ｒ娡翐郊铀嗖⒐潭ㄖ螅源双@得的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。通過圖1能夠看出，隨著齡期的增長，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也會發(fā)生變化。通過圖中可知，不同水泥加固土的強(qiáng)度均會隨著水泥摻入比和齡期的增長而增長，但是增長幅度不同。一般來說，初始性質(zhì)良好的土體，在加固之后能夠增加強(qiáng)度。

2.2 水泥摻入比

水泥摻入比不同，隨著齡期的增長，漿噴水泥土的強(qiáng)度變化比較小。針對粉噴水泥土來說，水泥摻入比會極大影響水泥土的強(qiáng)度。不管是粉噴水泥土還是漿噴方式，亦或者水泥摻入比不同，28d齡期與60d齡期的水泥土強(qiáng)度變化幅度相似。

部分學(xué)者通過試驗(yàn)方式，比較分析不同水泥摻入比影響水泥土抗壓強(qiáng)度的情況。通過試驗(yàn)結(jié)果能夠看出，在水泥摻入比持續(xù)增加時，會使水泥土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出增長趨勢。對于早期水泥土來說，水泥摻入比對后期的影響比較大。通過分析水泥摻入比與水泥土抗壓強(qiáng)度影響關(guān)系時，結(jié)果顯示，二者之間呈現(xiàn)出非線性增加的關(guān)系。

2.3 天然土含量

當(dāng)水泥摻入比相同時，水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度沒有遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)律，水泥土強(qiáng)度并非隨著含水量的增加而降低。軟土和水泥漿的固化反應(yīng)，必須確保原有土體具有含水量。所以，水泥摻入比和原地土之間具有最優(yōu)配合比情況。當(dāng)土體內(nèi)含量大量水分時，則需要應(yīng)用粉噴攪拌施工工藝。如果含水量低于30%時，則應(yīng)用漿噴濕攪拌工藝。如果軟土層的含水層比較高時，則會降低加固土的強(qiáng)度。將含水量提升至50%時，相同摻入比情況下，強(qiáng)度會降低30%左右。所以，按照軟土實(shí)際含水量、荷載要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)含水量。針對不同土質(zhì)來說，則需要應(yīng)用不同的水泥摻入比。將水泥摻加到軟土地質(zhì)中，水泥會吸收軟土的水量，此時就會改變地基含水量。在攪拌和養(yǎng)護(hù)工況下，水泥摻入比持續(xù)增加，將加固土處理之后，原地土與實(shí)測加固土的含水量比例會下降。

2.4 其他

按照現(xiàn)有文獻(xiàn)研究能夠看出，含水量、水泥摻入量和土質(zhì)等因素都會對水泥土力學(xué)特性造成影響。其次，水泥標(biāo)號、品質(zhì)、外加劑品質(zhì)、施工技術(shù)和養(yǎng)護(hù)措施等，也會影響水泥土力學(xué)特性。

3? 水泥土墻在水土保持中的應(yīng)用

3.1 工程概況

此次研究以某地區(qū)油管道沿線水土保持工程進(jìn)行分析。工程線路長度為650km，跨越兩個省區(qū)。沿途地形多為山地，地質(zhì)條件復(fù)雜。且局部地區(qū)降水量豐富。為了確保油管道運(yùn)營安全性，需要對沿線開展水土保護(hù)施工。油管道沿線路經(jīng)5個縣鎮(zhèn)地區(qū)，因此選擇地區(qū)水土保持工程進(jìn)行分析。此次水土保持工作均采用漿砌石擋土墻。所應(yīng)用的擋土墻材料包括細(xì)沙、水泥、塊石和粗砂。主要建筑材料為塊石，建設(shè)成本較高。在開展水土保持工程時，就近采購塊石。工程施工場地與石料廠的距離約為3～40km，二次運(yùn)輸距離為0.5～2.5km。工程多位于山地，運(yùn)輸?shù)缆窏l件不佳，且工程所需材料都通過人工運(yùn)輸，所以會增加材料運(yùn)輸成本。

3.2 實(shí)例分析

表1羅列出典型地區(qū)塊石運(yùn)輸至施工現(xiàn)場的成本費(fèi)用，1m3塊石可以砌筑同等體積的擋土墻。按照塊石形狀、直徑以及施工人員的技術(shù)能力，將塊石換算為擋土墻，乘以折減系數(shù)。通過下列公式可以表現(xiàn)出1m3塊石換算為1m3擋土墻的所用體積。

V=V₀/β ? ? ? ?（2）

在公式（2）中，V為換算的塊石體積;V0為換算前塊石體積，β為折減系數(shù)。

在計(jì)算砌筑1m³擋土墻成本時，可以應(yīng)用以下公式：

擋土墻成本=1m³塊石/折減系數(shù) ? ? ? ?（3）

3.3 比較分析

使用水泥土墻代替漿砌石擋土墻，水泥土墻所需材料主要為土，通過管溝開挖方式能夠應(yīng)用棄渣和廢棄土。漿砌石擋土墻施工所需要應(yīng)用的砂漿量比較少。水泥土墻在施工期間需要應(yīng)用大量水泥，漿砌石與水泥土施工所需水量差異不大。對于水泥土墻施工來說，不僅需要應(yīng)用基礎(chǔ)材料，還需要應(yīng)用模板、夯實(shí)機(jī)械。

在建設(shè)單位體積擋土墻時，所需成本約為漿砌石成本的50%，當(dāng)材料運(yùn)輸距離比較短時，二者之間的比值比較小。在水土保持工程中，水土土墻和漿砌石擋土墻的作用均在于避免水土流失，確保油管道運(yùn)營穩(wěn)定性。通過分析擋土墻的受力特征能夠看出，其所受到的作用力主要為水壓力和填土壓力，擋土墻自身承擔(dān)上述作用力。通過試驗(yàn)?zāi)軌蚩闯觯啾扔谒嗤翂碚f，漿砌石擋土墻抗拉強(qiáng)度比較低。所以，水泥土墻的荷載承受能力明顯高于漿砌石。其次，在風(fēng)化作用影響下，水泥土墻會風(fēng)化為土，且短時間內(nèi)能夠生成出植被;漿砌石則不易被風(fēng)化，且管道途徑路段，由于水土保持工程，極易留下明顯痕跡。

4? 結(jié)語

綜上所述，此次研究主要是圍繞水泥土展開討論，介紹了水泥土的力學(xué)特性，并且介紹相關(guān)影響因素。聯(lián)合具體的工程應(yīng)用，分析漿砌石與水泥土墻在水土保持工程中的應(yīng)用成本，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工程應(yīng)用起到參考性價值。

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