粉煤灰土回填在电力工程中的运用及研究

薛倩倩

国网江苏省电力工程咨询有限公司 江苏 南京 210000

摘要：粉煤灰是燃煤机组的燃烧产物，具有一定的水硬化能力因而对松散材料有一定的粘结能力，它相比较于石灰具有：性价比高、材料易取得、活性高等特点。在电厂的深基坑土方回填中，鲜见在土中掺入粉煤灰回填的先例，而宿迁2*660MW机组工程用土掺入粉煤灰（以下简称：粉煤灰土）进行大面积的土方回填，且经过系统的土力学性能试验，回填土的各项土力学指标（粘聚力c、摩擦角 、含水率w、孔隙率e）均满足要求。回填土的压实度大于0.94、承载力 ，也满足设计要求。

关键词：粉煤灰；土力学指标；压实度；承载力

0前言

宿迁2*660MW机组工程位于宿迁市洋北镇，主厂房基础采用天然地基，基础施工方式为深基坑开挖，开挖深度约7米，开挖面积约8hm²。如此大方量的土方开挖和回填施工，需要对回填土的质量进行控制。该工程回填土的施工采用港池取土作为回填土材料，该土质的含水率达30.8%，土质较湿润，该工程建立了直接用港池取土回填的试验段，回填效果不理想（存在弹簧土现象）。宿迁2*660MW机组工程是二期工程，一期工程为在运行中的2台35MW的燃煤机组，一期工程的两台机组日产灰量主要用于对外商品粉煤灰销售。粉煤灰具有一定的水硬化能力，且性价比高、活性高，于此二期工程而言材料又较易取得。因而，采取的回填土的改良措施为：在湿土中按比例掺入粉煤灰。掺入粉煤灰的比例，经过试验室确定，以满足混合土含水率位于最优含水率附近。初步确定的掺入粉煤灰比例有两种选择：2:8和3:7，后续经过试验进行比选。

1 试验方法

1.1 含水率试验

对取土场原状土代表性试样进行含水率试验，得到原状土天然含水率。

对现场施工土样进行含水率试验。

1.2 掺灰后含水率试验

按照粉煤灰与土的质量比2:8与3:7 分别将粉煤灰加入代表性原状土中。经过一昼夜闷料之后分别测试灰土的含水率。

1.3 界限含水率试验

对取土场原状土、2:8灰土、3:7灰土、现场施工土样进行界限含水率试验。

1.4 比重试验

对取土场原状土、2:8灰土、3:7灰土、现场施工土样进行比重试验。

1.5 密度试验

对现场施工土样采用环刀法测试土体密度，土体重度=土体密度值×g。

1.6 击实试验

对取土场素土、2:8灰土、3:7灰土进行轻型击实试验。

1.7 压缩试验

对2:8灰土、3:7灰土、现场土样进行压缩试验。

2:8灰土、3:7灰土依据灰土最大干密度在压实度0.94条件下获得制样干密度，试样控制含水率分别为18%、19%、20%、21%、22%。制备好的土样放入恒温恒湿养护箱养护一周后进行压缩试验。

1.8 无侧限抗压强度试验

对2:8灰土、3:7灰土、现场施工土进行无侧限抗压强度试验。

2:8灰土、3:7灰土依据灰土最大干密度在压实度0.94条件下获得制样干密度，试样控制含水率分别为18%、19%、20%、21%、22%。制备好的土样放入恒温恒湿养护箱养护一周后进行无侧限抗压强度试验。

1.9 直接剪切试验

对2:8灰土、3:7灰土、现场施工土进行直接剪切试验。

2:8灰土、3:7灰土依据灰土最大干密度在压实度0.94条件下获得制样干密度，试样控制含水率分别为18%、19%、20%、21%、22%。制备好的土样放入恒温恒湿养护箱养护一周后进行直接剪切试验。

1.10 三轴不固结不排水剪切试验（UU）

对2:8灰土、3:7灰土、现场施工土三轴不固结不排水剪切试验。

2:8灰土、3:7灰土依据灰土最大干密度在压实度0.94条件下获得制样干密度，试样控制含水率分别为18%、19%、20%、21%、22%。制备好的土样放入恒温恒湿养护箱养护一周后进行三轴不固结不排水剪切试验。

2试验结果

2.1土样基本物理指标

试样编号	含水率ω (%)	掺会后土体含水率(%)	密度 ρ (g/cm3）	容重（N/cm3）	土粒比重Gs	孔隙比e	塑限ωP (%)	液限ωL (%)	最大干密度度	最优含水率(%)
取土区原状样	30.8	/	/	/	2.70	/	16.3	31.0	1.72	17.9
2:8灰土	/	24.6	/	/	2.63	/	18.5	30.4	1.69	19.4
3:7灰土	/	21.5	/	/	2.58	/	21.3	29.9	1.68	21.8
现场土样1#	21.8	/	1.94	19.0	2.58	0.62	20.9	30.0	/	/
现场土样2#	19.5	/	1.95	19.1	2.58	0.58			/	/
现场土样3#	19.5	/	1.97	19.3	2.58	0.57			/	/

2.2土样力学特性参数指标

试样编号	压缩		无侧限抗压强度(kPa）	快剪		三轴（UU）
	压缩系数av1-2 (MPa-1)	压缩模量Es MPa		粘聚力C (kPa）	内摩擦角φ (°)	粘聚力C (kPa）	内摩擦角φ (°)
2:8灰土（18%）	0.080	20.833	64.7	39.7	28.7	36.6	31.4
2:8灰土（19%）	0.092	18.044	75.2	40.3	29.4	32.1	31.3
2:8灰土（20%）	0.112	14.925	84.9	29.4	28.6	31.7	31.2
2:8灰土（21%）	0.114	14.599	80.1	24.0	27.9	74.4	29.9
2:8灰土（22%）	0.123	13.540	67.1	19.7	27.5	83.3	28.9
3:7灰土（18%）	0.063	25.641	148.1	44.0	30.2	52.9	28.9
3:7灰土（19%）	0.068	24.491	155.2	45.1	31.4	62.4	33.9
3:7灰土（20%）	0.070	23.256	159.8	53.7	32.6	67.8	37.9
3:7灰土（21%）	0.076	21.913	167.2	55.6	32.8	64.1	36.4
3:7灰土（22%）	0.084	19.417	150.2	23.3	31.1	52.2	34.9
现场土样1#	0.114	14.286	180.2	78.7	26.3	80.1	30.5
现场土样2#	0.105	15.385	187.3	93.1	27.0	100.2	28.7
现场土样3#	0.093	17.544	200.3	105.5	26.3	137.8	26.9

2.3试验结论

从土样物理性质试验结果分析来看，取土场土质为低液限粉土，该土样天然含水率高达30.8%，接近液限含水率。素土轻型击实最优含水率17.9%，依据相关规范，回填土含水率在最优含水率±2%范围之内才能直接回填。显然取土区土样无法直接作为回填土回填。为了节约施工时间，取土场土源必须经过改良方可回填。我们选择通过掺入粉煤灰进行改良，掺入比分别为2:8和3:7。2:8灰土塑限含水率为18.5%，轻型击实试验最优含水率为19.4%，掺灰后含水率为24.6%；3:7灰土塑限含水率为21.3%，轻型击实试验最优含水率为19.4%，掺灰后含水率为21.5%。通过数据比较，我们发现：随着掺入粉煤灰含量的增多，灰土塑限含水率有着显著提高，轻型击实最优含水率随之增高，掺灰后土体含水率损失增大。根据相关规范规定：回填土含水率在最优含水率±2%范围之内才能直接回填。因此3:7灰土能满足直接回填的基本要求。

从土样力学性质试验结果分析来看，在同一干密度条件下，不同含水率对结果有影响。我们发现：越接近土体最优含水率，土样的抗压强度及抗剪强度越高。3:7灰土的无侧限抗压强度、压缩性指标、抗剪强度均优于2:8灰土。

3总结

粉煤灰具有性价比高、材料易取得、活性高等特点，且它具有一定的粘结能力。通过系统的土力学试验能表明：粉煤灰土具有良好的改善土体含水率、提高土体力学性能的功能。粉煤灰土回填具有经济性好、原料易获取等优势，并且回填质量能满足设计要求。

参考文献

[1]刘见靖.粉煤灰和工业盐在淤泥质土地基工程中的应用研究——以福州正祥广场工程为例[J].福建建材,2020(02):53-55.

[2]孜巴古力·艾比布拉.粉煤灰土用于种植树木的研究[J].农业开发与装备,2020(08):81-82.

[3]陈钒,刘勇,刘晖,史永康,冯仲宁,李立君.高性能粉煤灰泡沫轻质土性能试验及应用分析[J].粉煤灰综合利用,2020,34(04):103-106+117.

[4]张彩.硅藻土-高岭土-粉煤灰复合多孔保温材料性能研究[J].新型建筑材料,2020,47(07):147-151.

[5]张文豪,谢建斌,刘道炎,王盛.水泥-高钙粉煤灰改良泥炭质土力学性能研究[J].河南理工大学学报(自然科学版),2020,39(05):161-167.

[6]李清林. 寒区油页岩废渣—粉煤灰土路基的水—水汽—热—力（HVTM）耦合数值模拟研究[D].吉林大学,2020.

[7]栾晓寒. 季冻区非饱和油页岩废渣粉煤灰土路基基质吸力与动回弹模量研究[D].吉林大学,2020.

[8]王瑞春,罗干,张辉.广州南沙地区软土采用水泥和粉煤灰固化试验研究[J].中国市政工程,2020(02):94-98+135.

[9]李金成.油页岩废渣—粉煤灰复合改良黏土力学特性试验研究[J].合成材料老化与应用,2020,49(01):57-60.

4