盐渍土三合土换填地基的物理力学研究

盐渍土三合土换填地基的物理力学研究

当砂岩中的易碎岩含量大于0.3%，且具有溶解、肿胀、腐蚀等技术特征时，应将其评价为盐渍岩石。中国的盐渍土主要分布在中国西北干旱地区的低平盆地和平原、华北平原和大同盆地和青藏高原的一些湖盆地。在西藏，不仅地区之间，同一地区也存在很大差异。在西藏扎布耶盐湖的卤水中，用于精细碳酸铝的提取和工业化实验。黄羊滩盐盐生产项目占地364万元。在初始阶段，进行了盐渍土的现场渗透试验，并取得了良好的效果。在这一次中，对三种填充材料（盐渍土、石灰和石头）进行了一系列实验，以研究影响地下压力的主要因素。盐坝水库的土壤由第四纪湖泊相、湖泊化学沉积物、湖泊盐渍土和盐渍土组成。表面为白色盐壳，厚度0.5厘米。第二层粘土层，层厚25.25cm；第三层灰色粘土层，层厚25.55cm；第四层粘土层由粘土层组成，厚度为55.25cm。根据土壤的物理力学分析，重力层是一个脆弱的土层，地下水位高。换填土垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理.采用不同的材料作垫层时,其应力分布有差异,但从实验结果分析其极限承载力还是比较接近的.通过对修建后盐田堤岸的沉降观测资料分析,发现换填不同材料的垫层,承载性能基本相似,故可将各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的计算方法来计算.工程实验中三合土用料有盐渍土、石灰和石子三种.从工程现场的四个不同位置取土样进行实验,其物性差别甚小(均为粘土).向盐渍土中加入石灰后,其塑性降低:当石灰与盐渍土的配比为2∶7(体积比)时,塑性指数IP由21.5%降到15.2%;当石灰与盐渍土配比为3∶7时,塑性指数由21.5%降到12%.所掺的石灰经加水充分消解后过筛(孔径5mm),石子粒径为5～20mm.1抗压强度的影响影响三合土抗压强度的因素主要有材料的物理化学性质、各种材料的配合比例、夯实密度、含水量、养护时间和养护条件等,这些因素往往同时对抗压强度发生影响.为探索不同因素对抗压强度的影响规律,进行了一系列的实验.1.1石灰可扩充料最优配比确定灰土垫层在湿陷性黄土地区使用较为广泛,这是一种以土治土处理地基的传统方法.三合土比灰土具有更优良的工程性能,其根本原因在于石灰掺入量直接影响换填材料的抗压、抗剪和水中稳定性能.为了求出合适的石灰掺入量,在实验时采用了三种配合比(表1),实验结果见图1.由图1可见,在一定范围内,抗压强度随掺入石灰量增加而增大,加入石灰量超出一定范围,强度不仅不再提高,反而有所降低,实验表明最优配灰比是2∶1∶7(体积比).1.2含水量对抗压强度的影响衡量夯实密度采用干容重这一指标.在保持其他因素相同的条件下,制备干容重rd不同的试样,分期分批实验.以配合比2∶1∶7(体积比)为例,其实验结果见图2.从图2看出,抗压强度随干容重的增大而提高,但不是线性关系,因受含水量制约而呈现复杂的关系,特别是对早期强度的影响更为突出.当试样含水量较大时,抗压强度随的增大而略有提高,但达到一定程度后,rd继续增大,抗压强度有时将稍有降低,这主要是出现局部孔隙水压力造成的.含水量越低,rd对早期抗压强度的影响越明显(表2).因此,要提高早期强度,不仅要增大夯实垫层的干容重,还要适当地减小其含水量.随着养护时间的延长,抗压强度受含水量的制约程度逐渐减弱,干容重对抗压强度的影响则随着养护时间的延长而明显.这是因为抗压强度是由土的粘聚力和摩擦力两部分形成的,而粘聚力又对盐渍土的抗压强度起主导作用,并取决于颗粒之间接触点的数量和性质,石灰的掺入会使接触点性质发生变化,通过夯实施工使土体任一破裂面上的颗粒之间接触点增多,因而其粘聚力大大增强,这是抗压强度随干密度的增大而大幅度提高的本质.1.3含水量对.含水量对抗压强度的影响如图3所示.从图3可见,在一定范围内,抗压强度随含水量的增大而提高,反映了水分对提高颗粒之间粘聚力的作用.但含水量超过一定范围后抗压强度随含水量的增大而逐渐降低.干容重越大,强度随含水量增大而降低的现象发生的越早、越显著.实验和现场施工对比说明含水量的影响不完全一致:现场施工时,稍大的含水量对提高土颗粒之间的粘聚力是有利的;可根据施工的实际条件,在不影响夯筑干容重的前提下,采用较大的含水量拌和,再经过晾干夯筑可取得较好的效果.1.4盐渍土胶结作用机理在相同的养护条件下,强度的增长速率与干容重rd有关,rd越大,其增长速率越快,如图4所示.随着养护时间的延长,三合土逐渐硬化,虽然目前对这种硬化机理尚无定论,但由实验结果,可有以下推论:(1)石灰和盐渍土发生的化学作用,产生了抗压强度较高的胶结物质硅酸钙和铝硅酸二钙,还有石灰本身的重结晶,都使土颗粒接触点的相互作用力产生质的变化,宏观上使强度有较大的增长.(2)由氧化钙碳化形成的碳酸钙也是具有较高强度的胶结物质,使土颗粒间的联结加强,起到类似石灰砂浆的胶结作用.(3)夯实后水分逐渐消失,土颗粒表面水膜变薄,颗粒间距离缩小,分子引力加强.实验表明:上述第一种作用是主要的;第三种对早期强度有明显作用,但对后期强度的影响就大为降低;而第二种作用也不明显,实验中在没有空气中CO2侵入、石灰不能碳化的条件下,只要内部保持一定的湿度和温度,强度增长速率并不受影响,同样可以按正常的速率达到硬化.1.5浸水软化系数盐田堤岸基础换填后,由于地下水位较高而浸水,为此进行了浸水实验.以浸水后强度与浸水前强度的比值(称为软化系数)来度量浸水软化对抗压强度的影响.不同配合比试样的实验结果列于表3.从表3看出,三合土由于水分的浸入,强度有不同程度的降低.软化系数一般在0.31～0.70之间,软化系数的大小与材料的配合比、生石灰的消解程度、拌和物的均质性有关.对同一种三合土,干容重越大,养护时间越长,浸水前的含水量越大,则软化系数较大;反之则软化系数较小.2实际样品测试现场取样测定抗压强度的目的在于检查施工质量,了解现场施工的不均质性带来的影响,以便寻找更合理的施工工艺和设计使用强度,现场取样尺寸为ϕ20cm×20cm的圆柱体,配合比全部为2∶1∶7(体积比),分别采取养护龄期为7d及30d的多处试样,测试它们的rd和fm,结果见图5,图中还给出了各取样点的实际含水量(质量分数)w.从图5和图2对比可以看出,室内实验和现场取样实验各种因素相互影响结果基本一致.虽然夯实干容重rd控制值为12.5～14.6N·cm-3,而实际要求达到rd=14.5N·cm-3,所以施工质量必须严格控制;现场取样测试值比较分散,其原因是施工中配合比的差异、拌和不均匀、含水量变化、夯实不一致等原因造成的.3墙体基础沉降工程实验盐田堤岸四边周长为4.3km,地基采用三合土进行换填处理,配合比(体积比)为2∶1∶7(石灰∶石子∶盐渍土),按建筑地基基础设计规范要求进行分层碾压,换填夯筑厚度为1.5～1.8m,实际效果达到设计要求.工程完成后,现场设置10个观测站测量沉降量,3年间的实测沉降量见表4.4施工质量影响(1)用三合土换填处理地基,改变材料配合比例特别是石灰剂量,对提高后期强度和抗水性能具有重要的作用.(2)干容重是决定抗压强度的关键因素,因而夯实对施工质量的影响是决定性的.(3)含水量对夯筑施工质量有直接影响.含水量偏小不易夯实,强度不高;含水量偏大,夯筑时出现“橡皮土”而无