柏玉坤

(安徽省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理中心，安徽 合肥　231000)

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引江濟(jì)淮工程試驗(yàn)段膨脹土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法探析

柏玉坤

(安徽省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理中心，安徽 合肥231000)

文章闡述了引江濟(jì)淮工程試驗(yàn)段膨脹土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)技術(shù)方法，分析了試驗(yàn)研究成果。

引江濟(jì)淮；膨脹土；改性試驗(yàn)；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

引江濟(jì)淮工程路經(jīng)萊子湖與巢湖分水嶺段和巢湖與淮河分水嶺段的沿程邊坡高度均上覆中等膨脹潛勢(shì)的重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土，即膨脹土。膨脹土對(duì)河渠邊坡穩(wěn)定極為不利，為工程項(xiàng)目的合理設(shè)計(jì)、順利施工、安全運(yùn)行，需展開(kāi)必要的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)方案主要是有關(guān)膨脹土的土工試驗(yàn)研究，主要包括膨脹土改性試驗(yàn)等,本文就膨脹土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)技術(shù)方法進(jìn)行探析。

1　試驗(yàn)方案及過(guò)程

1.1改性試驗(yàn)研究

膨脹土的主要特性是膨脹和收縮。膨脹土改性試驗(yàn)按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的具體要求進(jìn)行。改性膨脹土試配時(shí)要注意以下問(wèn)題：①以不同的摻灰量、壓實(shí)性、含水率等來(lái)劃分組類，以多種不同組合進(jìn)行試配。摻灰并均勻拌合后進(jìn)行碾壓，取樣進(jìn)行室內(nèi)膨脹性試驗(yàn)，通過(guò)不同摻灰配合比實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，找出最佳摻灰量來(lái)消除膨脹土的有害性。②試配地點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，試配樣品時(shí)宜選用施工可行的試配方法。③試配時(shí)，須詳細(xì)記錄摻灰、天然膨脹土的技術(shù)指標(biāo)。

1.2現(xiàn)場(chǎng)大型剪切試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)研究要求?，F(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)，擬定分為兩種結(jié)構(gòu)界面(或接觸面)的直剪試驗(yàn)，即天然膨脹土-巖體界面和改性膨脹土-巖體界面，具體按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行。一般情況下，首選采用平推法，如圖1所示。開(kāi)展直剪試驗(yàn)；若因受現(xiàn)場(chǎng)條件限制無(wú)法采用平推法時(shí)，可采用斜推法如圖2所示。推力夾角宜采用12°～20°。一般每組試驗(yàn)試體的數(shù)量不宜少于3個(gè)。試體最小邊長(zhǎng)不宜小于50cm，結(jié)構(gòu)面以上的試體高度不應(yīng)小于試體推力方向長(zhǎng)度的1/2，結(jié)構(gòu)面面積不宜小于2500cm2。

圖1　直剪試驗(yàn)(平推法)示意圖

圖2　直剪試驗(yàn)(斜推法)示意圖

(2)試驗(yàn)方法要點(diǎn)。本次試驗(yàn)采用雙千斤頂法加載，從垂直和水平兩個(gè)方向分別用千斤頂同時(shí)對(duì)試樣加載，并使試樣受力后沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移破壞。千斤頂最大出力為300kN。

試驗(yàn)在試坑中進(jìn)行，首先在邊坡典型位置選擇試驗(yàn)地點(diǎn)，開(kāi)挖一長(zhǎng)方形試槽，在預(yù)留深度處開(kāi)挖出略大于預(yù)定試樣的試件塊體，然后進(jìn)行細(xì)部修正、巖面平整，直至試塊尺寸達(dá)到規(guī)格要求。其中巖土界面處進(jìn)行的兩組試驗(yàn)宜選在邊坡后緣，巖體內(nèi)泥巖夾層處的試驗(yàn)布置在場(chǎng)地內(nèi)開(kāi)挖形成的路塹邊坡附近，分別開(kāi)挖兩個(gè)試槽進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)試槽周圍的巖土體取樣，進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)。

(3)試驗(yàn)荷載的施加。試驗(yàn)時(shí)先施加垂直荷載，待垂直位移穩(wěn)定后，再施加水平荷載，在水平荷載施加過(guò)程中，垂直荷載保持常數(shù)。同一組試驗(yàn)不同試樣分別采用不同的垂直荷載，最小荷載大于剪切面以上的自重壓力，最大荷載大于擬建建筑物的荷載。每個(gè)試樣按分配法將垂直荷載等分5級(jí)施加，每隔5min施加一級(jí)，加最后一級(jí)荷載后，按每5min測(cè)讀一次垂直位移，當(dāng)連續(xù)兩次位移之差不大于0.01mm時(shí)，可施加水平荷載。剪切荷載施加前預(yù)估最大剪切推力，并將最大值10等分每5min一次分級(jí)加載。試件被剪斷時(shí)，測(cè)讀剪切荷載峰值并繼續(xù)施加荷載，當(dāng)剪切應(yīng)力值基本恒定時(shí)，記錄讀數(shù)(即殘余剪切強(qiáng)度)。在剪切荷載緩慢退至0過(guò)程中，記錄試樣回彈位移讀數(shù)。

1.3現(xiàn)場(chǎng)淋水試驗(yàn)

膨脹土現(xiàn)場(chǎng)浸水載荷試驗(yàn)可用于以確定膨脹土地基的承載力和浸水時(shí)的膨脹變形量，其具體試驗(yàn)檢測(cè)步驟程序依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行：①承壓板面積不應(yīng)小于0.5m2。②分級(jí)加荷至設(shè)計(jì)荷載，根據(jù)土體天然含水量情況，每級(jí)荷載可按25kPa或50kPa增加。每級(jí)荷載施加后，按0.5h、1h各觀察沉降一次，以后每隔1h或更長(zhǎng)時(shí)間觀察一次，直到沉降相對(duì)穩(wěn)定(即連續(xù)兩個(gè)觀察周期的沉降量不大于0.1mm/2h)后再加下一級(jí)荷載。③浸水水面不應(yīng)高于承壓板底面，浸水期間每隔3d或3d以上觀察一次膨脹變形，浸水時(shí)間不應(yīng)少于兩個(gè)觀察周期，浸水膨脹變形達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定(連續(xù)兩個(gè)觀察周期的變形量不應(yīng)大于0.1mm/3d)后，應(yīng)停止浸水并按規(guī)定繼續(xù)加載直至破壞。④應(yīng)取破壞荷載的一半作為地基土承載力的基本值。

1.4現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

試驗(yàn)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分自然狀態(tài)期、施工期、施工后-運(yùn)營(yíng)前期、蓄水運(yùn)營(yíng)期4個(gè)監(jiān)測(cè)期，主要監(jiān)測(cè)膨脹土表面位移、鉆孔軸向與橫向位移、內(nèi)應(yīng)力、土層及孔隙的滲壓、地下水位變化等，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)、系統(tǒng)分析，總結(jié)不同時(shí)期(位移、應(yīng)力、滲壓、地下水位等)的變化規(guī)律。

(1)左岸裸坡試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測(cè)。本試驗(yàn)監(jiān)測(cè)主要目的是在自然環(huán)境下，觀察或監(jiān)測(cè)：①氣候變化對(duì)地下水位的影響和對(duì)土層的影響深度；②天然膨脹土的表面及深層位移、分層土沉降、孔隙水壓力、地下水位變化；③邊坡表層砂巖風(fēng)化速度，并分析(全、強(qiáng)或弱)風(fēng)化砂巖的自然穩(wěn)定狀態(tài)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)總體布局詳見(jiàn)圖3；具體監(jiān)測(cè)位置、數(shù)量根據(jù)后期開(kāi)挖、施工進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)需進(jìn)行全程錄像、拍照及記錄。

圖3　左岸裸坡試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測(cè)布局示意圖

(2)右岸渠坡試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測(cè)。本試驗(yàn)監(jiān)測(cè)主要目的是：①檢驗(yàn)膨脹土處理方案的有效性，開(kāi)挖邊坡的臨時(shí)保護(hù)措施，研究泥質(zhì)粉砂巖膨脹性、崩解性及地下水對(duì)施工、對(duì)襯砌安全、對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響，提出合理的渠坡處理方案；②研究膨脹土邊坡?lián)Q填處理、柔性支護(hù)、不同形式抗滑措施及砌石聯(lián)拱等方案的有效性；③研究膨脹土在開(kāi)挖后的壓力調(diào)整情況及含水量的變化過(guò)程，并提出合適的施工臨時(shí)保護(hù)措施；④探討各種處理措施下大規(guī)模施工工藝，確定各種處理方案的施工參數(shù)，為中線工程大規(guī)模渠道施工提供依據(jù)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)總體布局詳見(jiàn)圖4，檢測(cè)的具體位置和數(shù)量根據(jù)后期開(kāi)挖、施工進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)需進(jìn)行全程錄像、拍照及記錄，監(jiān)測(cè)及儀器應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程和工程規(guī)范要求適時(shí)埋設(shè)。

圖4　右岸渠坡試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測(cè)布局示意圖

(3)邊坡內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)。本試驗(yàn)監(jiān)測(cè)主要是采用對(duì)膨脹土進(jìn)行鉆孔，利用儀器觀測(cè)鉆孔膨脹土軸向與橫向位移，從而確定其變形的大小、方向和深度。各類膨脹土均可采用鉆孔軸向和橫向位移觀測(cè)，有關(guān)試驗(yàn)的方法程序、步驟細(xì)節(jié)及具體要求詳見(jiàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)程規(guī)定。①鉆孔軸向膨脹土位移觀測(cè)深度不宜大于60cm，觀測(cè)數(shù)據(jù)成果整理后，要求計(jì)算各觀測(cè)孔(點(diǎn))的位移，并繪制各測(cè)孔(點(diǎn))的位移與孔深、與時(shí)間的關(guān)系曲線，選擇典型觀測(cè)孔并繪制各測(cè)點(diǎn)位移與開(kāi)挖面距離變化的關(guān)系曲線。②鉆孔橫向膨脹土位移觀測(cè)采用鉆孔測(cè)斜儀，觀測(cè)孔深度宜超過(guò)預(yù)計(jì)最深滑移帶或傾斜膨脹土底部5m，孔徑宜大于測(cè)斜管外徑50mm，并應(yīng)在預(yù)定部位按要求孔徑和深度進(jìn)行鉛垂向鉆孔觀測(cè)。觀測(cè)數(shù)據(jù)成果整理后，要求計(jì)算各測(cè)點(diǎn)位移和累計(jì)位移，并繪制各觀測(cè)點(diǎn)、各觀測(cè)時(shí)間的位移與深度關(guān)系曲線(并附鉆孔柱狀圖)，對(duì)于有明顯位移的部位應(yīng)繪制該深度的位移與時(shí)間關(guān)系曲線，并根據(jù)需要繪制位移矢量與深度關(guān)系曲線、方位角與深度關(guān)系曲線以及測(cè)區(qū)位移矢量平面分布圖。

(4)邊坡滲流監(jiān)測(cè)。本試驗(yàn)主要監(jiān)測(cè)天然膨脹土不同深度、巖體層面或裂隙、天然膨脹土-巖體界面、襯砌(或防護(hù)層)-被襯砌物(被防護(hù)層)界面等4個(gè)部位，監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法、程序步驟及細(xì)節(jié)性要求詳見(jiàn)相關(guān)規(guī)范規(guī)程規(guī)定。觀測(cè)數(shù)據(jù)成果整理要求：①計(jì)算相關(guān)水位；②計(jì)算巖土或不同介質(zhì)界面的滲壓值；③繪制水位或滲壓與時(shí)間關(guān)系曲線；④繪制水位或滲壓沿?cái)嗝娣较蚍植记€。

(5)邊坡應(yīng)力監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)對(duì)象為天然膨脹土-巖體界面、襯砌(或防護(hù)層)-被襯砌物(被防護(hù)層)界面、抗滑樁樁體及周邊、巖體層面或裂隙等4個(gè)部位，監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法、程序步驟及細(xì)節(jié)性要求詳見(jiàn)相關(guān)《規(guī)范》或《規(guī)程》規(guī)定。觀測(cè)數(shù)據(jù)成果整理要求：①繪制各個(gè)部位在不同工況下的時(shí)間、水位或滲壓-應(yīng)力曲線；②繪制抗滑樁樁體內(nèi)的時(shí)間、樁深及位移-應(yīng)力應(yīng)變曲線；③抗滑樁周邊巖土應(yīng)力變化曲線。

2　結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)項(xiàng)目施工建設(shè)和運(yùn)行管理需要，提出若干相應(yīng)的試驗(yàn)方案，然后通過(guò)科學(xué)的分析和比較，找到合理的試驗(yàn)方案，并運(yùn)用這些方案進(jìn)行試驗(yàn)研究、取得必要成果、提供客觀數(shù)據(jù)，以便于確定項(xiàng)目施工技術(shù)參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)處理方案和安全運(yùn)行參數(shù)，從而正確指導(dǎo)項(xiàng)目的施工建設(shè)、安全，確保工程的運(yùn)行管理。

[1]GB50112-2013，膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范[S].

[2]CECS 55-1993，孔隙水壓力測(cè)試規(guī)程[S].

[3]SL237-1999，土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[4]GB/T 50266-2013，工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

(責(zé)任編輯胡進(jìn))

The probe into experimental methods of expansive soil in the water transfer project from the Yangtze River to Huaihe River

BAI Yu-kun

(The Supervision Center of Anhui Water Conservancy Construction,Hefei 231000,China)

This paper elaborates the experimental methods of expansive soil in the water transfer project from the Yangtze River to Huaihe River,and analyzes the research results.

diversion of water from Yangtze River to Huaihe River； expansive soil； improved test； in-situ monitoring

2016-05-10；

2016-05-15

柏玉坤(1978-)，男，安徽長(zhǎng)豐人，工程師，主要從事工程項(xiàng)目管理工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2016.03.016

TV83

A

1671-6221(2016)03-0048-04