某污水处理厂灰土试验研究实例

 摘要：灰土的强度及其内部微观结构对其强度影响的研究从20世纪60年代起国内外才开始进行研究。到今天对灰土的研究也有了一些重要成果。大部分的研究都是研究含水率和含灰量对灰土强度的影响，且主要是对粘性土（黄土）的研究，对砂质粉土的研究还较少，尤其是土颗粒粒径级配对灰土强度影响的研究更少。通过对某污水处理厂工程经过一段时间的室内研究从微观和宏观上及工地现场的观察，从中得出了一个结论：土颗粒粒径级配对其强度的影响较大。 

　　关键词:2：8灰土； 土颗粒粒径级配 ；砂质粉土； 无侧限抗压强度　　 

　　中图分类号：C33文献标识码：A 文章编号： 

　　实验目的：为了了解砂质粉土所配灰土的强度以及不同颗粒粒径级配对砂质粉土所配灰土强度的影响而进行了本次试验。 

　　研究意义：由于地基换填一般就地取材，灰土的土料宜优先选用基槽挖出的土质，而各地区土质情况不同，因些工程灰土地基所用灰土土源各不相同，本次主要是对砂质粉土所配灰土的特性进行的研究，其结果对砂质粉土场地的地基处理有一定的参考价值。 

　　本试验首先要通过土颗粒的筛分试验和土的液塑测定试验确定污水处理厂地基处理所用土质的一些基本特征，弄清所用土质的基本性质，根据所得结果和一些文献资料并对其定名。然后将其土样按不同颗粒粒径级配进行筛分，做成粗颗粒（5mm>d≥2mm）、中颗粒（2mm>d≥1mm、细颗粒（1mm≥d）三种粒径范围的样品,再分别配制成2：8灰土，同时将粗、中、细颗粒两两按1：1及三种按1：1：1混合后再配制灰土，用砂浆模具制做成70.7mm×70.7mm×70.7mm的标准试件，养护10天后试压得出其各自的抗压强度，进行分析其强度的变化，并从素土与灰土的结构对比上分析灰土强度形成机理从而得出影响灰土强度的因素。 

　　1 试验材料 

　　室内试验所用土样取自污水处理厂再水回用工程施工现场基础所用换填土料。根据新编建筑地基处理手册中灰土土料选用原则其土料使用场内清水池、配水泵房及进行水泵房等构筑物所挖出的基槽土。试验所用石灰为工地使用的球磨生石灰粉，其粒径小于5mm符合国家规范要求。取三种不同粒径范围的土颗粒进行了谅晒，在土颗粒风干后发现从土颗上掉落许多小于其粒径范围的土颗粒，考虑到土颗粒风干后粘附在土颗粒表面上的粉质成份脱离土颗粒及在配制灰土搅拌时还会有小颗粒脱落，将会加大小于该粒径的成份，因此，我们又将风干后的各种土样揉搓后又进行了筛分，保证土颗粒样品在配制灰土搅拌时不变形破碎。 

　　1.1土样物理性质分析 

　　按GB/T 50123-1999《土工试验方法标准》对土样进行了筛分和液塑限测定试验。根据试验结果得出了该试样的一些基本特征。 

　　1.1.1土样的颗粒分析 

　　按GB/T 50123-1999《土工试验方法标准》中的筛分试验方法，对其土样做了筛分试验，试验结果表明本土质样品属于粗粒径颗粒。 

　　1.1.2 土的液塑限确定 

　　按GB2001《土工试验方法》，对本土质样品的液塑限进行了测定，由于本土质粘性较差，其塑性指数较小，属于砂质粉土。 

　　1.1.3土样的基本物理性质 

　　根据以上土的筛分及液塑限测定试验结果IP=6.7、本工程地质勘察报告及参考《土力学及地基基础》和《工程地质学概论》等其它文献资料，确定该土为砂质粉土，其主要物理性质指标见下表： 

　　试验用土的物理性质指标 

　　天然含水率% 风干含水率% 液限WL/% 塑限WP/% 塑性指数IP 

　　25.3 3.6 WL10 23.1 WP10 17.6 5.6 6.7 

　　 WL17 25.3 WP17 17.6 7.7 

　　2试样制备 

　　2.1各粒径2：8灰土最优含水率及最大干密度确定 

　　正式试样制备以前，通过室内击实试验确定各粒径2：8灰土的最优含水率和最大干密度，将土在室外风干后，在温度为10℃，湿度为65%的室内放置24小时后再和球磨生石灰粉按2：8的质量比进行混合搅拌均匀再加水搅拌均匀静置24小时后用击实仪按文献，进行击实以确定其各自的最优含水率和最大干密度。 

　　2.2试验结果与分析 

　　对八种不同类型的灰土按最优含水率状态下夯实试块进行10天的无侧限抗压强度试验，由实验数据得知：粗、中、细粒粒径所配10天灰土强度小于原土所配灰土10天强度，且随着颗粒粒径的减小而降低；粗中、粗细、中细1：1混合后所配灰土强度明显增加较多，比原土所配灰土强度提高48%~71%，粗中细1：1：1混合后所配灰土强度比原土所配灰土强度提高10%。 

　　2.3土颗粒粒径对灰土强度的影响分析 

　　由试验结果可知：单粒径灰土强度比多粒径灰土强度低，且随着粒径的减小强度降低，但降幅不大。经过筛分后按1：1粗中、粗细、中细混合后其强度远高于其单粒径的灰土强度，其强度是单粒径灰土强度的1.6~2.6倍。若将粗中细按1：1：1混合后其灰土强度也有提高但不太明显。当土颗粒级配在一定范围内随着大于1mm粒径的土颗粒含量的增加其灰土强度也随着提高。 

　　2.4含水率对单粒径灰土强度的影响分析 

　　由于本试验所取样品有限，些次只对粗颗粒和细颗粒的三种含水率做了试验，从试验结果可知灰土强度受含水率的影响还是较大的，尤其是当含水率大于其最优含水率时，其影响程度更大。对此可以做出以下分析：含水率低于最优含水率时，分子间的电场力阻碍了灰土颗粒的相互靠近，影响了灰土的压实密度因而影响了灰土的强度，而当含水率高于最优含水率时，孔隙水压力及多余水分的存在影响了灰土的压实度，并且多余水份在灰土颗粒周围形成较厚的水化膜，在相同的干密度情况下，吸着水膜愈厚，颗粒之间的粘结强度愈低，灰土颗之间越容易发生移动；吸着水膜愈薄，颗粒之间的粘结强度愈高，灰土颗之间越不容易发生移动。由于分子间的电场力较小对灰土的强度影响不大，而颗粒之间的形成水化膜后，其水化膜厚度的变化对颗粒之间的粘结力影响较大。因此造成在当灰土含水率小于最优含水率时，灰土强度受含水率影响相对较小；相反当灰土含水率大于最优含水率时，其强度受含水率影响相对较大。 

　　参考文献 

　　[1 ]、《建筑地基基础设计规范理解与应用》主编滕延京中国建筑工业出版社 

　　[2]、《工程地质学概论》 地震出版社高校教学参考书 

　　[3]、《土力学地基基础》主编 陈希哲清华大学出版社