水泥改善土在湿陷性黄土路基处理中的应用

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1、水泥改善土在湿陷性黄土路基处理中的应用摘要：西北地区分布着我国大部分黄土，在道路、建筑工程的施工中地基经常 会受到黄土湿陷性的影响，进而影响整个工程质量，降低或消除黄土湿陷性是保 证地基稳定性的一个重要技术难题，本文通过探究黄土湿陷性形成原因，重点介 绍了采用水泥改善土的方法进行湿陷性黄土地区的路基处理，探究了其作用机理 并通过具体实例对施工工程的注意事项进行阐述。关键词：水泥改善土；黄土湿陷；土工试验；路基处理0引言目前在我国很多城市道路、高层建筑等项目的施工中，整个工程的施工质量 都与地基土体的性质密切相关，为达到不同的目的，现在对于不稳定、安全系数 较低的地基进行处理时最常用的方法主要有

2、以下儿类：提高土体抗拉强度的加筋 法、加快土体排水和加速固结的砂井预压法和合成土工材料、采用加大击实 功能进行深层密实处理的强夯置换法等。黄土作为第四纪沉积物具有异于同时 期其他沉积物的特殊湿陷性，它严重降低了路基的强度，影响施工质量且湿陷性 黄土在我国分布范围较广，合理研究黄土的湿陷特性并对其进行改良处理可以提 高路基的承载力，在众多的湿陷性黄土路基处理方法中采用水泥改善土加固路基 显得高效而且经济，本文结合陕西省铜川市新区某主干路的工程试验，对水泥改 善土降低黄土湿陷性的路基处理方式进行分析探究，以期为同类地区的相似路基 处理提供进一步的借鉴。1黄土结构特性及湿陷性1.1黄土的结构特征黄土

3、的特殊性质与其特有的结构特征有关，土体骨架颗粒是构成黄土固有的 空间结构体系主体，它的形态能够体现土体的传力性能和变形特性，颗粒间的接 触关系和排列形式乂分别决定了黄土结构体系的胶结强度和稳定性1。我国分布 的黄土主要以颗粒状和凝块状的形态同时存在构成土骨架颗粒，但在不同地区土 颗粒主要形态也有一定差异，西北部地区主要以颗粒状为主，主要是由于地区气 候条件、风化程度等原因影响。土骨架颗粒之间的接触关系很大程度上直接影响 了土体力学性质，每个接触点位置的牢固程度影响整个结构体系的强度；接触关 系也就是我们常说的颗粒间的连接方式，黄土颗粒之间的连接可以分为点接触和 面胶结两类，一般点接触主要发生在

4、碎屑颗粒或者刚性集力之间，连接的颗粒之 间接触面很小，在接触点位置有极少数的盐晶和粘结微粒附着，西北地区的黄土 颗粒之间主要是点接触，胶结强度主要便是颗粒接触形成的原始内力和由盐晶膜 形成的加固内聚力。由于土颗粒之间不同的排列形态导致黄土中存在很多不同类 型的孔隙，比如大孔隙、架空孔隙、粒间孔隙，由一定数量的土骨架颗粒松散堆 积形成的孔隙其孔径远远大于构成孔隙的颗粒粒径2。除此之外，一些寄生土体 内昆虫和植物根系也孔隙；黄土内部的孔隙根据形成情况可分为原生孔隙和次生 孔隙，一般来说，原生孔隙多呈棱角形态，孔壁的胶结情况差，容易形成结构疏 松的非水稳性单元，而次生孔隙多呈圆形或椭圆形态，由于常被

5、碳酸钙胶结而往 往形成坚固的水稳性单元。1.2黄土湿陷的原因湿陷性黄土是指长期处于一定压力下且被水所浸泡后土体结构的破坏速度比 一般土体迅速，并且严重引起土体沉降的黄土；湿陷性黄土通常处于非饱和欠压 密状态，在天然湿度下具有压缩性较低、强度较高的特点，湿陷性黄土在遇水后 土体强度降低显著，在附加压力、自重应力或自重应力与附加压力共同作用的条 件下会产生湿陷性变形，这种变形因为变形速度快、变形量大对建筑工程的稳定 性十分不利。黄土发生湿陷的过程及其原因是十分复杂的，包括了一系列的物理反应和化 学反应3,同时也会受很多因素的影响，因此本文将黄土的湿陷原因分为内因和 外因两种，内因主要是黄土内部物质

6、组成及其结构特性，外因主要是水和一定压 力。前文简单介绍了黄土固有的结构特性，骨架颗粒间的连接点处产生断裂或错 动降低土体的连接强度在一定程度上会引发黄土的湿陷和压缩变形，同时在黄土 的沉积过程中，土体内部会有很多孔隙和可溶盐的存在，当含水量不大时，可溶 盐起着胶结作用使黄土保持一定的稳定性，当含水量较大时，土体受水浸润，可 溶盐溶解削弱了胶结强度，当有一定压力后，孔隙周围的颗粒便会滑落进入孔内, 从而造成土体失稳产生湿陷现象。2水泥改善土作用及原理为了降低黄土湿陷性引起的路基承载力降低等情况，可以采用水泥改善土进 行路基处理。在改良过程中主要是将一定比例的水泥和水与粉碎黄土进行充分拌 和形成

7、水泥改善土，然后在进行后续的填筑、压实等工艺，在水泥、水与黄土的 拌和过程，水泥中的活化物、水还有黄土之间发生充分的反应，通过水泥改善土 从某些方面改善了黄土原本的特性，从而在原来的基础上提高了强度和水稳定性, 便可降低或消除黄土的湿陷性。在发生复杂反应的过程中，水泥改善土强度被提 高的过程大致可分为三步，第一是水泥的石骨架作用，当水泥与水接触后会产生 水化反应同时生成水化产物，水化产物的作用类似土体原有的可溶盐，起到一定 胶结作用，而在黄土体原本的孔隙中，水化产物将与其发生交织作用，将土颗粒 完全包裹再连接，使得土体的塑性能力丧失，随着反应的进行水泥水化产物不断 增加，改良土体的强度也随着增

8、加；第二是水泥水化反应过程的离子交换，当水 泥开始发生水化反应时，就会生成大量的Ca(0H)2, Ca(0H)2可以溶于水后在土体 中形成大量的Ca2+,代替土中原有的部分可溶盐离子来减小土体颗粒间的距离、 土体凝聚，进一步改变原来土体的塑性增大强度；第三是碳酸化作用4,水泥的 水化反应生成的Ca(0H)2 一部分与土体内矿物发生化学反应，一部分将会与空气 中C02产生反应生成碳酸钙晶体，还有的会与土体内部的SiO2和AI2O3反应形 成化合物。3水泥改善土在湿陷性黄土路基中的施工应用3.1施工前期试验研究概况为确保水泥改善土所达到的效果最优，在实际施工前期需借助液塑限联合测 定试验、无机结合

9、料稳定土击实试验、无机结合料稳定土无侧限抗压强度试验三 种常规试验来确定施工过程所需水泥改善土的物理状态指标、最佳含水量、最大 干密度和抗剪强度指标等5。本路基施工工程在水泥稳定土底基层配合比复核试 验中，所选取水泥为陕西铜川声威特种水泥有限责任公司生产的声威牌P.042.5 水泥，按照GB175-2007标准试验方法，土料采用现场工地土场土，按照JTG E40- 2007标准试验方法，试验结果均符合规范要求标准；根据要求，本次试验的混合 料配合比(质量比)设计最终确定为5:100,混合料按照JTG E40-2009重型击实 试验方法重型口.1法，最终确定水泥改善土的最大干密度为1.949g/

10、cm3,最佳含 水量为13.2%,混合料试件按照JTG E40-2009标准试验方法，最终确定水泥改善 土的平均抗压强度为0.8MPao 3.2施工工艺流程确定配合比的水泥改善土符合设计规定后，将开始进行施工，施工工艺流程 如图1所示。原材料准备过程应该注意对土料进行筛选，去除土内所含有的垃圾、 植物根系、腐殖土等，根据试验结果，选用试验中同种水泥最终确定水泥改善土 的配合比进行设计；在土料的破碎、水泥改善土的拌和过程中应该注意拌和前剔 除破碎后土料粒径仍大于100mm的大块，并且应该控制好水泥的用量，及时对 其进行检测以确保实际施工过程的水泥改善土混合料配合比满足设计要求；当水 泥改善土加固

11、路基底基层施工完成后，后期需要及时配合养生养护，在摊铺水泥 改善土的过程需要进行路基压实度等常规指标检测，施工后进行土工布覆盖加上 洒水养护并封闭交通，特别注意水泥改善土表层的保湿养护时间必须大于7d,3.3质量保证措施进行水泥改善土在湿陷性黄土路基处理过程为保证工程最终的质量，在整个工程的施工 全过程都应该处于受控制状态，从最开始的试验阶段到后期的路基施工原材料准备阶段，土 料的筛选、水泥改善土混合料的配制、拌和、后期的施工，每一阶段的质量控制都会影响下 一步的进行甚至整个工程，因此需要监理部门有针对性的严格监管，施工部门按照规范要求 进行质量控制施工并配备专业的质检员对混合料相关配合过程进

12、行质量控制。3.4工程实际效果结合本工程实例，路床顶面采用40cm厚5%水泥改善土进行加固处理后，经弯沉检测， 路床顶面弯沉代表值均小于150 (0.01mm),换算后路床顶面回填模量可达到60Mpa,满足 相关规范对于路床顶而回弹模量的要求。4结语在黄土湿陷性较大的地区，通过水泥改善土对路基进行处理可以有效提高路基承载力， 提高施工质量，水泥改善土具有一定的强度和稳定性，本文主要阐述了黄土湿陷的成因，解 释了水泥改善土的作用机理，同时结合实际工程试验数据讲解了水泥改善土在湿陷性黄土路 基施工的工艺流程和主要注意事项，希望在同类工程中地基处理的质量能够有效提升，保证 施工质量。参考文献：1邵生俊，罗爱忠，王婷.湿陷性黄土结构性认识的几种力学途径C中国土木工程学会土 力学及岩土工程学术会议.2007.方祥位，申春妮，李春梅等.陕西蒲城黄土微观结构特征及定量分析J.岩石力学与工程学 反，2013, 32(9):1917-1925.丁军友.渭南吴田黄土剖面地层CBR值分布规律研究D.长安大学，2013.4 张淑徵水泥稳定土的原理及应用J.科协论坛(下半月)，2010(9):13-13. 5夏克佳5 闫爱军.水泥改良黄土状土的试验研究J.水资源与水工程学报，2015, 26(5):225-228.