1.王茜  2.詹中凯  3.徐丹  4.肇忠 

(1.沈阳市水利技术推广中心, 辽宁 沈阳 110043; 2.沈阳市城市水资源管理办公室, 辽宁 沈阳 110002;3.沈阳市于洪区水利局, 辽宁 沈阳 110024; 4.辽宁省高等职业技术学院, 辽宁 沈阳 110031)

    [摘要]本文介绍了一种新型防渗材料离子土壤固化剂的特点和工程应用情况, 提出了工程实践中出现的问题, 并通过室内外测度分析研究, 找到了出现问题的原因, 为该项材料的推广应用, 总结、积累一定经验。

    [关键词]土壤固化剂   渠道防渗   脱坡

    [中图分类号] TV441 [ 文献标识码] B

    1 离子土壤固化剂

    目前国内外渠道防渗工程中, 所采用的渠道护砌材料基本可分为硬质类、膜料类、土料类 3种, 如: 混凝土、沥青混凝土、砌石、氯氧镁复合材料; 土工织物、高分子聚合物; 水泥土、粘土等。其中有些防渗材料性能好但造价高, 有些造价低但防渗性能差, 所以急需一种防渗性能良好、价格低廉的新型防渗材料。

    离子土壤固化剂( 简称 ISS) , 是一种由多个强离子组合而成的化学物质, 一般为液态。把它加入土中, 与土相互作用, 将粘土矿物内部吸附水去除, 使土由亲水性变成憎水性, 在常规压实机械碾压后, 能有效地改进土的工程性质, 包括增加压实度、承载能力、抗剪强度, 减小土的水敏感性, 提高土的防渗性等。ISS 加固土具有如下特点:

    ( 1) 加固作用持续有效, 永久强化。ISS 掺入土中, 通过自身的离子交换作用改变土的性质,使土粒周围被疏水层包裹, 不再吸附孔隙中的自由水。这种作用经试验证明具有不可逆性, 也不随时间增长而消耗和丧失, 对土起一种永久的强化作用。

    (2) 柔性好, 不易开裂。 ISS 加固土与传统的水泥、石灰稳定土等半刚性材料不同, 它是一种柔性材料, 不易开裂, 在与土相互作用过程中, 因所排除粘粒周围的吸附水自然蒸发, 加固土层表面产生微小裂缝, 经碾压后很快愈合, 加固土体能形成良好的板状结构。

    (3) 施工工艺简单, 便于操作。ISS 使用时, 按一定的比例加水稀释, 喷洒到要处理的土中, 然后拌和均匀, 按常规的方法整平、碾压, 施工具有就地取材、安全简便的特点。

    (4) ISS 是一种环境友好产品, 对人体、牲畜、植物和大自然均无损害, 并能促进植物生长。

    2 工程应用

    (1) 工程概况。石佛寺灌区位于辽河左岸, 新城子区的西北部。北临辽河, 西与新民县新兴乡接壤, 西南与于洪区解放乡毗邻, 东界左小河。受益乡镇有: 石佛寺、兴隆、尹家 3 个乡和 1 个国营农场。设计灌溉面积 0.8 万 hm2, 渠首提水站提水能力 18.6 m3/ s, 装机容量 2 115 kW。总干从七星山渠首至下坎子全长 14.70 km, 分干 4 条长 10.8km。支渠以上建筑物 158 座, 机电井 450 眼。

    (2) 试验段情况。试验渠道位于石佛寺灌区引水渠中段, 长 60 m, 6 桩号分别为 K0+300～K0+360( 渠道桩号由渠首开始计) 。采用梯形断面, 底宽 2 m, 边坡 1∶1.5, 纵向比降 1/ 5 000, 设计正常流量 2.5 m3/ s, 相应设计水深 1.4 m。加固土防渗层厚 10 cm, 不做面层保护。

    3 工程问题及试件实验

    3.1 出现的问题

    应用试验段于 4 月 30 日完工, 5 月 8 日开始行正常, 面层无脱落、无龟裂; 二次补水至四次补水期间, 面层逐渐开始出现卷边起皮现象。最初麻点、蜂窝, 每平方米 1～2 处, 慢慢增加到 5～7处。停水后, 边坡开始龟裂, 裂隙逐渐加大, 伴有卷边。到最后再一次补水后, 出现了 1 处脱坡, 以及另外 1 处大面积的龟裂、卷边。

    3.2 试件实验

    ( 1) 龄期的确定。在对现场材料取样, 制成标准试件后, 测试 7 d, 28 d, 60 d 等 3 个龄期的试件压实度和水软化性特征。

    ( 2) 试件的制备。试件分成三组, 第一组按试件达到最大击实度后对应的最大干密度和最佳含水量的标准制备试件; 第二组为按实际施工现场的击实度标准制备试件; 第三组为按实际施工现场的击实度标准提高 20%来制备试件。

    ( 3) 测试结果。试件的最大干密度达到 1.47g/ cm3 时, 最佳含水量为 28%￣30%; 掺加 0.3 L/ m剂量的 ISS 和 6%掺量的石灰时, 加固土的最大干密度为 1.48 g/ cm3, 最佳含水量为 24%～26%。掺加固化材料后, 土的最大干密度增大约 1%, 最佳含水量降低约 4%。试件在进行浸水试验后, 第一组、第三组试件无麻点、蜂窝、龟裂及卷边等现象, 水软化系数均达到 0.8 以上; 第二组试件出现龟裂、卷边等现象、崩解, 同时浸泡水呈混浊液,水软化系数不足0.6。其它力学指标差异不大。同时考虑经济因素的影响, 找出既能满足技术指标要求又高效、经济的配合比。

    4 结 语

    通过室内外试验, 对 ISS 加固土的压实特征、强度特征、水稳定性和渗透特征有了进一步掌握。现场施工的渠道护坡段出现的麻点、蜂窝、龟裂、卷边、脱坡等一系列问题都与土料压实度有关。ISS 加固土对土料压实度的要求相对较高,实际施工中由于施工机械以及施工人员的原因,侧坡等部位不容易达到压实标准, 造成运行中出现问题。

    经过后期大量实验测试, 得到一些经验数字, 经过整理, 认为实际施工中压实度的控制, 一般要达到 70%以上即可满足工程需要。考虑人工操作的不确定性, 建议最好采用平板震捣器、蛙式打夯机等压实机械进行施工。