膨胀土处理是国内外普遍遇到的一个难题,南水北调中线工程是如何解决这个问题的?
膨胀土是指具有吸水后显著膨胀、失水后显著收缩特性的高液限粘土。膨胀土的矿物成分主要是蒙脱石和伊利石,具有吸水膨胀、失水收缩开裂且反复胀缩变形等特殊性质。膨胀土的膨胀潜能很大,这与它含水量的大小及变化有关。含水量的轻微变化,足以引起对建筑物的有害膨胀。
当地的农谚把膨胀土描述为:晴天一把刀,雨天一团糟。因此,在膨胀土地区修建渠道是十分困难的。
中线工程有近三分之一的渠道穿越膨胀土地区。在工程论证初期,勘察、科研单位就开始针对丹江口、引丹灌渠和南阳等地区的膨胀土开展了广泛的研究工作,通过对膨胀土的物理化学分析,以及力学性质研究,初步建立膨胀土研究和分析方法,并制订相应的试验规范。此外,在河南省南阳市、新乡市、湖北省枣阳市等地相继开展膨胀土渠道的现场试验研究,积累大量的膨胀土的基本资料、试验数据和国内外的膨胀土处理经验,初步掌握膨胀土的分布特征与基本性质,在膨胀土的试验技术、分析理论等方面取得初步的成果,为进一步研究膨胀土边坡处理技术打下了一定的基础。“十一五”和“十二五”期间,科技部和国务院南水北调办组织国内勘察、科研、设计、大专院校以及工程管理单位,组成联合攻关课题组,从研究膨胀土的基本工程特性和破坏机理出发,先后在南阳和新乡建设了两个现场试验基地,开展了大规模的现场试验和处理措施研究工作。工程设计针对膨胀土不同性状,采用水泥改性土置换、适当设置抗滑桩、放缓设计边坡、加强排水、降低地下水位等综合工程措施,解决膨胀土施工问题。
为强化环境因素对边坡稳定的影响,研究人员采用大型喷洒设施模拟大范围的大气降雨,并根据当地的雨量、雨型特征,进行人工降雨试验,通过预先埋设在边坡土层中的各种仪器设备,观测降雨期间土坡内部的变形、含水量等观测数据的变化规律,取得了大量宝贵的第一手观测试验资料,为边坡破坏机理和处理效果分析奠定了基础。此外,为研究不同处理措施的施工工艺和施工质量控制方法,在现场进行了大型碾压试验,对设计拟采用的处理方案进行了施工技术研究,攻克了诸如水泥改性土掺拌、土工格栅碾压等施工技术难关。
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