CN113622402A - 一种减弱地基黄土湿陷性的改良方法 - Google Patents
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- E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
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Abstract
本发明提供了一种减弱地基黄土湿陷性的改良方法，属于土壤改良技术领域。本发明解决的技术问题是针对湿陷性黄土，目前还没有简单有效的改良方法。本发明改良方法主要包括破碎、摊铺膨润土、拌和、碾压的步骤，确定了包括膨润土的添加量以及混合土料含水率在内的控制工艺。本发明地基土经处理后，可有效降低土体的湿陷性，增强土体的抗渗性，提高了土体的水稳定性系数，从而可以有效提高土体强度，相较于传统的土体改良方法，本方法施工方便，施工周期相对较短，节约施工成本，提高了经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域，具体涉及一种减弱地基黄土湿陷性的改良方法。
背景技术
随着我国经济的不断发展，城镇化和地下建筑的建设速度不断加快，城市地下空间的开 发情况已经成为衡量一个城市经济发展的重要指标。目前，我国要建设城市地下综合管廊和 改造城市地下管网，到2020年，建成一批具有国际先进水平的地下综合管廊并投入运营。全 面推进“海绵城市”建设，到2020年城市建成区20％以上的面积达到“海绵城市”建设要求。 但我国是有着世界上规模最大的黄土沉积区——黄土高原，其区域内的黄土层深厚，土质疏 松，湿陷性强烈且分布面积广大，地表水沿透水路面下渗时，会造成黄土的湿陷性，给铺装 路面及其周围结构物带来不同程度的危害，使路基及结构物大幅度沉降、折裂、倾斜甚至严 重影响其安全和使用，给人们的生活带来不便，甚至是威胁。由此可见，如何减少和预防湿 陷性黄土带来的灾害，对湿陷性黄土地区的可持续发展至关重要。
发明内容
本发明解决的技术问题是针对湿陷性黄土，目前还没有简单有效的改良方法。
针对上述问题，本发明提供一种减弱地基黄土湿陷性的改良方法，包括如下步骤：
S1.平整场地，将待改良的地基上的湿陷性黄土进行破碎；
S2.根据各路段基层宽度、厚度及预定的干密度，按照指定的配合比，计算各路段需要 的膨润土质量；
S3.将膨润土铺筑到上述破碎土层上，按照试验路段所要求的松铺系数进行摊铺；
S4.对混合土料进行拌和，拌和中适时测定含水率，如含水率大于最佳范围，应进行自 然蒸发，使含水率达到最佳范围，若含水量小于最佳范围，应补充洒水进行拌合，直至均匀 拌和；
S5.拌和好的混合料以平地机整平，并刮出路拱，然后进行压实作业；
S6.进行路面养护施工，养护期结束，立即铺筑沥青面层或做下封层。
优选的，步骤S1破碎后土样的粒径小于30mm。
优选的，步骤S2膨润土的添加量为4％-6wt％。添加量指膨润土与黄土的重量比例。
优选的，步骤S3在30cm以内控制松铺厚度。
优选的，步步骤S4最佳含水率为14％-18wt％。含水率指混合土料中含水量百分比。
优选的，步骤S5采用“先轻后重，先慢后快”的原则，按照从道路两边到中间的顺序进 行。
优选的，步骤S5用12-15t三轮压路机碾压时，每层的压实厚度不应超过20cm，对于稳 定中粒土才粗料土，采用能量大的振动压路机时，每层的压实厚度根据试验确定，压实厚度 超过上述规定时，应分层铺筑，每层的最小压实厚度为10cm。
本发明所产生的有益效果为：
本发明改良方法中所使用的土壤改性材料膨润土在我国储量大，售价低廉，取用方便；
本发明方法确定了包括膨润土的添加量以及混合土料含水率在内的控制工艺，湿陷性地 基黄土经本发明改良方法处理后，有效降低了土体的湿陷性，增强了土体的抗渗性，提高了 土体的水稳定性系数，可以有效提高土体强度；
相较于传统的土体改良方法，本发明改良方法施工方便，施工周期相对较短，节约施工 成本，提高了经济效益。
说明书附图
图1为不同含水率条件下湿陷系数δs与上覆压力p的关系曲线；
图2为湿陷系数δs与不同膨润土掺杂量的关系曲线。
具体实施方式
本发明提供的一种减弱地基黄土湿陷性的改良方法，具体可按如下操作进行：
S1.施工前，需要做好施工准备工作，如平整场地，保证施工现场地面平整，便于大型 设备移动，做好测量、放样工作，将土块进行破碎，破碎后的土样的粒径小于30mm；
S2.备料：所用材料应符合质量要求，并根据各路段基层(底基层)的宽度、厚度及预 定的干密度,按照指定的配合比，计算各路段需要的膨润土质量；
S3.摊铺：在路槽内将疏松的土均匀摊铺，将改性材料铺筑到土层上，要求在30cm以 内控制松铺厚度，用平地机、推土机或人工按试验路段所要求的松铺系数进行摊铺，摊铺力 求均匀；
S4.拌和：拌和施工前，先对土的含水量进行详细检验，确定含水率之后，先进行2遍 拌和，使用稳定土路拌机进行拌和作业，拌和路线应自基层的最外沿向中心线靠拢，拌和中 适时测定含水量，如含水大于最佳时，应进行自然蒸发，使含水量达到最佳值，若含水量小 于最佳值，应补充洒水进行拌合，直至均匀拌和；
S5.碾压：拌和好的混合料以平地机整平，并刮出路拱，然后进行压实作业，根据“先 轻后重，先慢后快”的原则，按照从道路两边到中间的顺序进行，用12-15t三轮压路机碾压 时，每层的压实厚度不应超过20cm对于稳定中粒土和粗料土，采用能量大的振动压路机时， 每层的压实厚度根据试验确定，压实厚度超过上述规定时，应分层铺筑，每层的最小压实厚 度为10cm；
S6.养护：待完成上述施工之后，进行路面养护施工，养护期结束，立即铺筑沥青面层 或做下封层。当施工中断，临时开放交通时地应采取保持措施。
为了验证本发明改良方法的可行性和具体效果，采取典型黄土地区的湿陷性黄土试样， 通过利用固结仪进行了室内湿陷试验，具体步骤如下：
(1)土样制备：试验用黄土取自陕西西安，将天然黄土碾散，过2mm筛，拌匀后测定初始含水率。膨润土吸湿易失效，配制土样前将其放置设定温度为105°的烘箱烘干8h，配样时按照试验方案称取相应质量的膨润土，将称取的黄土和膨润土拌和均匀后再将水均匀的 洒在其上，用玻璃棒将黄土、膨润土和水充分搅拌均匀后装入密封塑料袋静置一昼夜，使水 在土中均匀分配。
(2)成样及测试方法：按照试验方案设计的压实度计算每组试样所需称取的土样的质量， 利用压样器将土样单层压实，环刀直径61.8mm，高20mm，每组压样2个。压好后立即用保 鲜膜密封包好以防失水。以含水率和膨润土掺量为因素，参照西安市历年降雨量，将含水率 设为10％，14％，18％三个水平，膨润土掺量设为2％，3％，4％，6％。在单杠杆三联高压固 结仪的固结容器内放入护环、透水石和滤纸，将带有试样的环刀放入护环内，放上导环，再 在试样上依次放置滤纸、透水石和加压上盖，将固结容器置于加压框架正中，使加压上盖与 加压框架中心对准，安装百分表。施加1kPa的预压力使试验与仪器上下各部件之间接触，将 百分表调整到零位。设置压力等级为50kPa，100kPa，150kPa，200kPa，逐级加压，在第一 级压力下变形稳定后再向试样施加第二级压力，以此类推，读数并记录。当施加完200kPa的 垂直压力后向容器内自上而下注入纯水(水面宜高出试样顶部)，记录稳定后的湿陷量，按如 下公式计算湿陷系数：
式中：
δs——湿陷系数；
h1——在某级压力下，试样变形稳定后的高度(mm)；
h2——在某级压力下，试样浸水变形稳定后的高度(mm)；
h0——试样的制样高度(mm)。
实施例1
按照上述效果验证方法分析不同含水率下的黄土湿陷情况，绘制不同含水率条件下湿陷 系数δs与上覆压力p的关系曲线，如图1所示。
从图1中可以看出，黄土的湿陷系数随着上覆压力的增加而增大，这一特性在不同含水 率条件下表现一致。此外，在不同含水率条件下黄土湿陷系数随着上覆压力的增加，表现出 明显的阶段性，主要分为3个增长阶段：
(1)在施加上覆压力的初始阶段，土体内颗粒排列相对松散，在上部荷载作用下土体内 孔隙水迅速聚集，在孔隙压力作用下土体骨架发生破坏，土颗粒间有效应力减小、粘聚力降 低，土体稳定性减弱，土体轴向变形量在上部荷载作用下增速加快，即湿陷系数的快速增长 阶段；
(2)在上覆压力作用一段时间后，试样逐渐被压实，在上部荷载作用下土体内部颗粒排 列趋于紧密，土体结构更加稳定，试样强度增大，随着上覆压力的增加轴向变形量增速减缓， 即湿陷系数的稳定增长阶段；
(3)上覆压力继续增大，土体内部颗粒间会发生滑移，土体在较大上部荷载作用下表现 出体积屈服特性，但是由于前期上部荷载的作用使土体被压实，随着上覆压力的增大，土体 结构仍具有一定的稳定性，土体会继续缓慢产生轴向塑性变形，即湿陷系数的缓慢增长阶段。
对于同类型黄土，含水率对黄土的湿陷性有重要的影响，在不同含水率下黄土湿陷变形 量有显著的差异。从曲线的整体上来看，在上覆压力相同时，黄土的湿陷系数随着含水率的 增大而减小，δs-p曲线随着含水率的增大表现出整体下移的趋势，据此可以认为，在上覆压 力相同时，湿陷系数与含水率呈负相关。说明初始含水率较低时，湿陷系数对含水率的变化 比较敏感；而初始含水率较高时，湿陷系数对含水率变化的敏感性降低。
分析不添加膨润土时湿陷性黄土的湿陷系数，用于跟后面的添加了膨润土的湿陷性黄土 湿陷系数进行对比分析，从而揭示膨润土改良湿陷性黄土的作用。
实施例2
按照上述效果验证方法分析本发明改良方法在不同膨润土掺杂量下(2％，3％，4％，6％) 对黄土湿陷情况的影响，绘制湿陷系数δs与不同膨润土掺杂量的关系曲线，如图2所示，压 力控制基于湿陷性黄土规范荷载给定的压力值进行确定。
根据黄土的湿陷量来划分黄土的湿陷等级，当δs＜0.015时，为非湿陷性黄土；0.015＜ δs＜0.03时，为弱湿陷性黄土；0.03＜δs＜0.07时，为中等湿陷性黄土；δs＞0.07时，为 强湿陷性黄土。由图2可知，当含水率为10％时，黄土的湿陷性为中等湿陷性，随着膨润土 掺量的增大，黄土由中等湿陷性变为弱湿陷性最终变为无湿陷性。
黄土的主要颗粒组成为粉粒，在其沉积过程中受到的重力作用较小，因此颗粒之间的排 列较松散，存在架空孔隙，颗粒之间的连接力小，结构强度较低。由膨润土的性质可知，其 为细粒黏性土，且具有较强的亲水性。膨润土的掺入，由于其吸水膨胀性，水化形成胶凝体， 使其在黄土中起到胶结剂的作用，使黄土颗粒间的接触作用增强，结构稳定性增加，从而湿 陷性减小。随着膨润土掺量的增大，黄土颗粒间的孔隙减小，土体密实度增加，结构强度增 大，湿陷性减弱。
湿陷系数随膨润土掺量的增大非线性减小，这是由于膨润土含量增加，改性黄土孔隙的 平均直径、平均周长和总面积都明显减小，大孔隙被充填或阻隔成更多的中、小孔隙，骨架 结构的强度提高，由于膨润土吸水膨胀性，水化形成胶凝体抑制了土体因遇水而发生变形破 坏。膨润土掺入黄土可有效降低黄土的湿陷量，将其作为外加剂掺入黄土并改善黄土的湿陷 性具有重要意义。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明 的具体实施只局限于这些说明。在不脱离本发明构思的前提下,其还可以对这些已描述的实施 方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种减弱地基黄土湿陷性的改良方法，其特征在于包括如下步骤：
S1.平整场地，将待改良的地基上的湿陷性黄土进行破碎；
S2.根据各路段基层宽度、厚度及预定的干密度，按照指定的配合比，计算各路段需要的膨润土质量；
S3.将膨润土铺筑到上述破碎土层上，按照试验路段所要求的松铺系数进行摊铺；
S4.对混合土料进行拌和，拌和中适时测定含水率，如含水率大于最佳范围，应进行自然蒸发，使含水率达到最佳范围，若含水量小于最佳范围，应补充洒水进行拌合，直至均匀拌和；
S5.拌和好的混合料以平地机整平，并刮出路拱，然后进行压实作业；
S6.进行路面养护施工，养护期结束，立即铺筑沥青面层或做下封层。
2.根据权利要求1所述的减弱地基黄土湿陷性的改良方法，其特征在于：步骤S1破碎后土样的粒径小于30mm。
3.根据权利要求1或2所述的减弱地基黄土湿陷性的改良方法，其特征在于：步骤S2膨润土的添加量为4％-6wt％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的减弱地基黄土湿陷性的改良方法，其特征在于：步骤S3在30cm以内控制松铺厚度。
5.根据权利要求1～4任一项所述的减弱地基黄土湿陷性的改良方法，其特征在于：步骤S4最佳含水率为14％-18wt％。
6.根据权利要求1～5任一项所述的减弱地基黄土湿陷性的改良方法，其特征在于：步步骤S5采用“先轻后重，先慢后快”的原则，按照从道路两边到中间的顺序进行。
7.根据权利要求6所述的减弱地基黄土湿陷性的改良方法，其特征在于：步骤S5用12-15t三轮压路机碾压时，每层的压实厚度不应超过20cm，对于稳定中粒土和粗料土，采用能量大的振动压路机时，每层的压实厚度根据试验确定，压实厚度超过上述规定时，应分层铺筑，每层的最小压实厚度为10cm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20211109 |