成都双流国际机场二跑道膨胀土改性试验分析

成都双流国际机场二跑道膨胀土改性试验分析 成都双流国际机场二跑道膨胀土改性试验 分析 第24卷第2期后勤工程学院 20o8年4月JOURNALOFLOGlSTICALENGINEERINGUNIVERSlTY Vo1.24No.2 ADr.2008 文章编号:1672—7843(20o8)02-0027-05 成都双流国际机场二跑道膨胀土改性试验分析 张继平,刘直芳 (1.95538部队,成都610021;2.四川大学计算机学院,成都610065; 3.四川大学视觉合成图形图像技术国防重点学科实验室,成都610064) 摘要膨胀土的工程性质受周围环境及气候的影响较大,而膨张土的判定没有统一 的,特别是针对机场跑道膨胀土的判定.膨胀土与水作用时,随着含水量的增加其体积 将明显增大,显示了强烈的膨胀性,当这种膨胀性受到限制时,必然产生膨胀力.针对成都 双流国际机场跑道路段的地质条件和设计要求,确定出机场跑道膨胀L的判定标准,并根据 该标准对不同土层的膨胀土填料进行改性实验,并通过不同施工工艺结果继续比较,以确定 最佳的改良膨胀土,为土石方工程施工提供主要控制参数.通过大量的试验分析,最后得出 符合实际情况的合理的施工工艺和技术参数. 关键词膨胀土;试验路段;机场跑道 中图分类号:TU411.8文献标识码:B ExperimentalResearchonImprovedExpansiveSoiloftheChengduShuangliuInternational Airport ZHANGJi—ping,LIUZhi—fang'. (1.Unit95538,Chengdu610021,China;2.InstituteofImageandGraphics,ComputerScience DepartmentofSichuanUniversity,Chengdu610064,China;3.KeYLaboratoryof FundamentalSyntheticVisionGraphicsandImageforNationalDefense,Chengdu610064,China) ABSTRACTExpansivesoilisakindofspecialunsaturatedsoil.Expansivesoilswell$whenimbibingwater.Whenthe swellingstrainisrestricted,theswellingpressurewouldbeproduced.BasedOilthegeologyconditionanddesignoftheintema— tionalairdromerunwayatChen#uShuangliu,weslveadeterminantstandardaboutexpansivesoilofairdromerunway.Amassof impmvedexpansivesoilfillingexperimentationshavebeendoneaccordingtothestandardindifferentsoillayersandthenwecan drawaconclusionaccordantwiththeactualstateandreasonableconstructioncraftworkandtechnologyparameter. Keywordsexpansivesoil;testsectionofaiifieldroadbed;mrdromerunway 成都双流国际机场位于成都市中心西南16.8km的双流县城东金花乡双桂村附近, 其二跑道项目位 于成都市双流县东升镇境内的牧马山地带.拟建第二跑道项目的试验段场地主要 位于黄甲镇檬子村,红 河村范围内的牧马山地带.南以双流一黄甲的老路为界,北至黄甲镇的红河砖厂一 带.场地主要为农业 耕植区,鱼塘,果林,坟场等纵横交错,沟壑丛生,由于后期剥蚀切割等地质作用和人 类的工程活动影响,平 面分布形态极不规则,以浅丘,阶梯状和大小不等的冲沟为主,地形起伏较大,总体 上呈南高,北低的变 化趋势.地貌单元属岷江水系冲积平原的三级阶地.场地内分布的鱼塘较多,试验 段区域主要集中在 场地的中部,中南部,大小不等,现有水深一般为0.60—1.00m,淤泥厚度一般为0.40—0.80m. 根据勘察报告该场地粘土层自由膨胀率为61.4%,属弱膨胀潜势土,其膨胀变形量为17.24mm, 收缩变形量为3.36nMll,胀缩变形量为23.06mm;胀缩等级为I级;综合判定场地内粘土层属弱膨胀 收稿日期:2007—12—19 作者简介:张继平,男,工程师,硕士,主要从事道路工程,机场场道工程研究. 28后勤工程学院2o08年 土.成都地区属半干燥地区,膨胀土的湿度系数取0.89,大气影响深度为3.O0Ill,大气影响急剧深度为 1.35Ill.根据统计,膨胀率最大为88%,最大膨胀力为400.1kPa,属于较强的中等膨胀潜势土,因此, 笔者分析认为场区粘土层宜划分为弱偏中等潜势膨胀土. 尽管拟建场址工程地质条件和水文地质条件相对简单,但地勘资料显示场区处于弱偏中等膨胀潜 势的膨胀土地区,由于膨胀土的工程特性,使得该机场在施工工艺方面变得相对复杂.膨胀土地基对道 面的破坏主要表现为两种情况?J:一是造成道面基底脱空.由于膨胀土遇水膨胀,使道面结构隆起, 失水收缩后,道面结构不易恢复至原位,造成上部道面结构与土基的脱空.二是造成道面起伏不平.由 于道槽区挖填方交错,挖方区与填方区膨胀土地基的胀缩不均匀容易引起道面结构隆起与沉降的不均 匀,造成道面整体的起伏不平,影响道面的使用. 由于填筑体填料采用场内的粘性土,为了保证地基及道面的质量,对于道槽土基下一定范围内需要 采用一定厚度的改良膨胀土进行填筑,因此本文针对膨胀土的改良掺料及比例进 行试验研究. 由于拟建场址处于弱偏中等膨胀潜势的膨胀土地区,膨胀土的工程特性不能满足道面工程的需要, 为了合理利用膨胀土填料,本文选取代表性的区域进行试验性施工,对不同土层的膨胀土填料进行改性 试验,并通过不同施工工艺结果进行比较,以确定最佳的改良膨胀土,为土石方工程施工提供主要控制 参数.本文对试验段现场的检测数据进行了详细分析,并给出了结论与建议,目的在于得出符合实际情 况的合理的施工工艺与技术参数,为今后的设计,施工提供依据及指导意见. 1膨胀土判定标准的确定 膨胀土的判定,目前尚无统一的指标和方法,国内建筑,营房,公路,铁路等部门对膨胀土地区的建 筑和道路工程的建设都有相应的规定,唯独机场部门尚无相应规定.本文采用文献[4]中的相关规定 及文献[1]中的膨胀土判定方法相结合来指导本次试验段的膨胀土试验工作. 在技术规范规定中,按照自由膨胀率6的大小将膨胀土的膨胀潜势分为3类:在40?6<65时为 弱膨胀潜势,65?6<90时为中膨胀潜势,曲/>90时为强膨胀潜势. 在此基础上,利用文献[1]中的机场膨胀土判 定标准,即以自由膨胀率加塑性图法进行初判,再加 胀缩总率进一步详判的方法来最终判定. 具体的判定准则为: 1)如自由膨胀率6,不小于40%,且具有工程地 质特征或环境地质特征,可不使用补充指标直接判 定为膨胀土. 2)当满足塑性图位置如图1所示,即处于塑性 图A线以上,B线以右,并且具有工程地质特征或环 境地质特征,可不使用补充指标直接判定为膨胀土. 3)当塑性图位置与自由膨胀率 标准均不满足,且无明显工程地质特 征或环境地质特征时,可不判定为膨 胀土. 4)当塑性图位置与自由膨胀率 标准仅满足其一,且无明显工程地质 图1塑性图 表l场道地基膨胀土建议评判标准 特征或环境地质特征时,应增加详判(具体详判的规则如表1所示). 5)当详判指标胀缩总率6大于1.O%时,即判为膨胀土,否则为非膨胀土. 2双流国际机场二29 2膨胀土的判定试验分析 根据上述判定方法,对场区填土进行膨胀土自由膨胀率,液塑限及膨胀总率试验,如下所述. 2.1自由膨胀率试验 自由膨胀率试验数据的获取通过选用不同类型的填土进行试验,其中棕红色粘土试验组数为11 组,黄色粘土为6组,其余均选用1组进行试验测试.试验数据如表2所示. 表2自由膨胀率试验结果统计图 从表2可以看出,原状填筑土体的自由膨胀率平均值大于40%的有3种(涂黑部分):棕红色粘 土,白色粘土及棕红色掺25%黄色粘土(混合土),具有弱膨胀潜势;其余原状填土,昆合土,改性土的自 由膨胀率均不大于40%.试验段现场纯白色粘土基本不存在,均与棕红色或黄色粘土相混合,表中可 以看出,纯白色粘土曲较高,但和黄色粘土以小比例混合后其值没有超过40%,说明低比例白色粘 土混合后自由膨胀率值要低于纯白色粘土自由膨 胀率值.由于棕红色粘土的自由膨胀率平均值大 于40%,因此需进一步用塑性图判断其膨胀性. 2.2液塑限试验 试验段共进行液塑限试验24组,其中按不同 掺量掺人生石灰的6组,在棕红色粘土基础上按不 同掺量掺人黄色粘土的3组,详见表3.该试验中 的部分数据在塑性图上表示为图2所示.其中棕 红色粘土和黄色粘土编号从1—7分别表示在不同 取样位置处获取的试验样本. 102030405060708090100110 液限/% 图2试验段部分数据在塑性图上的表示 表3液塑限试验结果统计 从上面的试验统计结果可以看出,棕红色粘土,棕红带少量黄色粘土等,其?在60%一80%之间, 即位于塑性图A线以上,而棕红粘土掺8%石灰尽管也在塑性图A线以上,但其?在40%一60%之 间,黄色粘土掺4%石灰,黄色粘土掺6%石灰,其?在60%一80%之间,即位于塑性图A线以上,而黄 色粘土掺8%石灰尽管也在塑性图A线以上,但其?40%一60%之间.以塑性图法判定图中所列土 ??柏?加0 』_霉赳疵 30后勤工程学院2008年 样的膨胀性,则所有试样的液限值()和塑性指数(,P)所反映的其膨胀性,均处于有膨胀潜势的区域, 其中原状棕红色粘土处在中等膨胀潜势范围. 依据此结果,一方面可以初步判断棕红色粘土至少具有弱性膨胀潜势,另一方面对 黄色粘土的膨胀 潜势尚需进一步依据胀缩总率进行详判. 2.3胀缩总率试验 为了获取膨胀土胀缩总率的试验结果,胀缩总率的计算为 M=5o+A,(一)(1) 其中:M表示胀缩总率(%);?表示土在50kPa压力下的膨胀率(%);A表示土的收缩系数;o9表 示土的天然含水量(%);表示土在收缩过程中可能产生的含水量下限值(%). 根据上面的公式,在不同的膨胀率,收缩系数,天然含水量以及含水量下限值计算出不同的膨胀总 率如表3所示. 表3胀缩总率试验结果统计表 2.4膨胀潜势判定结果 根据2.1至2.3节的试验结果,并依据表l的综合判定标准,对现场具有代表性的棕红色粘土和黄 色粘土两类土体的膨胀潜势做出了评定,结果详见表4. 表4原状填土及改性填土膨胀潜势评判结果统计表 注:1.表中所列数据为同类条件试验结果的平均值;2.初判结果中的.+"上标表示两个初判指标均为显示有膨胀 潜势,.一"上标则只有一个初判指标显示有膨胀潜势. 从表4可以看出:作为试验段主要填料的原状棕红色粘土初判和详判结果均显示其具有弱膨胀潜 势;黄色粘土初判结果中自由膨胀率指标显示其无膨胀潜势,而塑性图法则显示其具弱膨胀潜势,再结 合膨胀总率详判后,黄色粘土在场道地基工程中可判为无膨胀潜势.将两类填筑土按不同比例混合后 的改性结果表明:当棕红色粘土与黄色粘土的比例为3:l时,混合料仍具弱膨胀潜势,当增加黄色粘土 掺人比至l:l以后,混合料的膨胀潜势可判为无膨胀潜势;经掺人4%,8%石灰改性 后,棕红色和黄色 第2期张继平等成都双流国际机场二跑道膨胀土改性试验分析31 两类填土均可被判为无膨胀潜势. 3膨胀土膨胀力 膨胀力按照力学的概念,是指增加含水量而保持体积不变产生的力,所以膨胀力是随含水量增加而 变化的.膨胀力大小受矿物成分,结构,起始干密度,应力历史等因素影响….本文实验根据平衡 加压方法来测试各种土质的膨胀力,具体见表5. 表5膨胀土及改性膨胀土膨胀力试验结果统计 从表5中可知,原状棕红色粘土膨胀力较小,棕红色含白色粘土的膨胀力较大,为原状棕红色粘土 的2,3.5倍;对棕红色粘土掺4%,8%石灰改性后的膨胀力大大下降;黄色粘土经详判为非膨胀土,但 还具有一定膨胀力,特别是含有白色粘土的情况.根据试验段填土情况,纯棕红色粘土极少,棕红色粘 土基本都含有白色粘土,可以认为其膨胀力在2O.3kPa以上. 根据勘察报告,硬塑性粘土平均膨胀力为156kPa,一般粘性土平均膨胀力为77.1,205.7kPa,试 验段试验所得膨胀力均小于勘察报告检测结果. 根据拟建二跑道项目各个道面下的道面结构(经统计共4种)计算道面结构自重,见表6. 表6每平米道面结构自重结果统计 对比表5,6可知,每平米道面自重都小于棕红色粘土的膨胀力,大于改性后的棕红色粘土膨胀力, 与纯黄色粘土膨胀力相近,但均小于勘察报告检测的膨胀力结果,因此无法按照膨胀土膨胀力指标来确 定道槽土基顶面下需要采用非膨胀土或改性土的填筑厚度. 根据勘察报告,场址区域大气影响深度为3.0m,大气急剧影响深度为1.35m.由于道槽下填筑体 上部的道面结构为74,82CITI,大气影响深度仅对填筑体顶部60em左右的填土影响较大,其下土体影 响相对较小,因此,对该60cin厚度填土应该重点处理,处理方式可以采用石灰改性土,非膨胀土回填; 其下2.4m厚度填筑体可采用黄色粘土或混合土填筑体. 石灰改性土质量受自然天气及施工工艺影响较大,雨天或石灰搅拌不均匀均会导致改性土质量下 降,以至达不到要求;场区黄色粘土判定为非膨胀土,可用作填筑体顶部填料,但不能含有白色粘土,然 而黄色粘土液塑限较高,结合填筑体地基反应模量检测结果分析可知,试验段填筑体地基反应模量达不 到规范及设计要求.建议该60em填土可采用30em砂砾石和30em黄色粘土相结合的办法,根据类 似机场工程经验,可以满足地基反应模量要求;棕红色填土尽量放置填筑体底部进行填筑,上部尽量采 用黄色粘土或昆合土(棕红色掺黄色粘土)进行填筑. (下转第55页) 第2期陈波水等纳米硼酸镧的制备,表征及其在水介质中的摩擦学性能55 面的高温高压条件下发生团聚,同时发生了腐蚀和磨粒磨损使其抗磨性能变差.红外光谱表明羧基在 硼酸镧纳米微粒的表面发生化学吸附,从而使纳米微粒表面存在一层有机修饰层,这是硼酸镧纳米微粒 在低载荷下具有较好的抗磨减摩性能的主要原因.SEM结果表明纳米微粒在摩擦副表面形成了一层 润滑膜,从而提高水溶液的抗磨减摩性能.XPS分析结果表明,硼酸镧纳米微粒在高温高压下在摩擦副 表面生成了含La:O,,B2O,,FeO以及Fe:0,的复合润滑膜,有效地提高了其抗磨减摩性能. 参考文献 [1]MORIKAWAA,LYOKUY,KAKIMOI'OM,eta1.Preparationofanewclassofpolyimid e—silicahybridfilmsbysol—gelprocess[J].Polymer J,1992,24(1):107—113. [2]陈必,刘维民.表面修饰PbS纳米微粒的合成及其抗麝性[J],摩擦学,1997,17(3):260—262. [3]ZHANGZhi—jun,ZHANGJun,XUEQun—ji.Synthesisandcharacterizationofamolybdenumdisulfidenanocluster[J].JPhysicalChem istry, 1994(98):12973—12977. [4]ZHANGZhi—jun,XUEQun-ji,ZHANGJun.Synthesis,structureandlubricatingpropertiesofdialkyldithi ophosphare—modifiedMo—SCA)Ill— poundsnanocluster[J].Wear,1997,209(1/2):8一l2. [5]高永建,张治军,薛群基,等.油酸修饰TiO2纳米微粒水溶液润滑下GCrl5钢摩擦磨损性能研究[J].摩擦学,2000,20(1):22 — 25. [6]孙蓉,李明静,高永建,等.TiO2纳米微粒一茶皂素水基乳化液的切削行为研究[J].摩擦学,2002,22(4):224—257. [7]薛群基,刘维民,李斌,等.水基润滑的纳米金属减磨抗摩强化剂:中国,1552833A[P].2004—12—08. 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