冰水堆積物填料工程特性室內(nèi)研究

張杰

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢430063)

四川雅西(雅安—西昌)高速公路沿線廣泛分布組成成分非常復(fù)雜的冰水堆積物土體，一般認(rèn)為，冰水堆積物是由于冰川融水具有一定的侵蝕搬運(yùn)能力，將冰磧物再搬運(yùn)堆積形成的［1］。國內(nèi)對于冰水堆積物土體用作高速公路的填料尚沒有研究先例，只有少量的關(guān)于冰磧土的研究［2－3］，因此需對冰水堆積物用作路基填料的工程特性進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究。通過含水量、粒徑篩分、CBR等室內(nèi)試驗(yàn)，并依據(jù)規(guī)范，確定冰水堆積物土體可以作為高速公路路基填料;由室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)得到了最大干密度和相應(yīng)的最佳含水量，可用于指導(dǎo)現(xiàn)場填筑施工。

1 料場及取樣簡介

試驗(yàn)料場位于雅西高速公路C27標(biāo)K209+835～K209+930路段的挖方地段，邊坡最高處達(dá)20多米。邊坡分兩級進(jìn)行開挖，每級約高10 m。在現(xiàn)場共布置了6個取樣點(diǎn)，上下級邊坡各3個，水平間隔約為3 m，用挖掘機(jī)在每個取樣點(diǎn)取樣均超過0.5 m3。將從6個取樣點(diǎn)取得的土樣分別制備為6組土樣，編號依次為Z1～Z6。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

2.1 天然含水量試驗(yàn)

采用粒組法［4］對6組土樣分別進(jìn)行含水量測定，結(jié)果見表1。

表1 粒組法確定土樣含水量

綜合以上6組土樣的試驗(yàn)結(jié)果可得，冰水堆積物的天然含水量為9.57%。

2.2 粒徑篩分試驗(yàn)

6組土樣的典型級配見圖1。由圖中可見，各組土樣的粒徑級配圖非常接近，并沒有隨著位置的改變而發(fā)生顯著變化。選取Z5土樣作為本料場的典型級配(見表2)，其粒徑分布特征指標(biāo)見表3。

圖1 土樣的粒徑級配

表2 Z5土樣的粒徑級配

表3 原始級配粒徑分布特征指標(biāo)

從圖1可以看出土樣的粒徑百分含量累計(jì)曲線呈向上凹曲的曲線形式，坡度較緩并較平滑，粒徑分布連續(xù);從表3可知分布特征指標(biāo)滿足Cu>5，但不滿足1≤Cc≤3的條件。因此，土樣屬于級配不良的土石混合料，其中粗顆粒(>2 mm)含量為50.51%，粒徑 <0.075 mm的顆粒含量為5.96%，按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(以下簡稱規(guī)程)(JTJ E40—2007)［5］對土石混合料分類的規(guī)定，該料場的冰水堆積物應(yīng)定名為含細(xì)粒土礫，記為GF。

2.3 擊實(shí)試驗(yàn)

采用重型擊實(shí)儀進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，重型擊實(shí)儀所能使用的土體粒徑最大為40 mm，對于粒徑大于40 mm的超徑粗粒土有較多方法進(jìn)行替代［6］。選取 Z5組土樣，運(yùn)用重型(Ⅱ－2)擊實(shí)儀進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，對于超徑粗粒土采取等量替代法進(jìn)行替代。圖2中的兩條曲線即原始級配和等量替代法級配。由于等量替代法的土樣含石率為30.95%，另外分別選取含石率為10%、50%和70%的土樣進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，其級配曲線見圖3。

擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果見表4，圖4為含水量與最大干密度的關(guān)系曲線。由試驗(yàn)結(jié)果可見，冰水堆積物填料的最大干密度隨著含石率的增大而增大，最佳含水量隨含石率的增大而降低。

圖2 土樣原級配和等量替代法級配

圖3 不同含石率的土樣級配

表4 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果表

圖4 含水量與最大干密度關(guān)系曲線

2.4 CBR試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)程的要求，選取Z5的級配進(jìn)行CBR試驗(yàn)。表5為CBR試驗(yàn)結(jié)果表，圖5、圖6分別為 CBR值與最大干密度、CBR值與壓實(shí)度的關(guān)系曲線圖。由試驗(yàn)結(jié)果可見，隨著壓實(shí)度的提高，填料的CBR值也相應(yīng)的增大，且填料的最小CBR值為18.3%，滿足公路規(guī)范對填料的最小CBR值不小于8的要求。

表5 CBR試驗(yàn)結(jié)果

圖5 CBR與最大干密度關(guān)系曲線

圖6 CBR與壓實(shí)度關(guān)系曲線

3 結(jié)論

通過對料場不同位置的6處典型取樣的室內(nèi)試驗(yàn)研究得出以下結(jié)論:

1)該料場的冰水堆積物土體符合規(guī)程要求，可以作為高速公路路基填料，但級配不良，施工中需要進(jìn)行改良。根據(jù)規(guī)程的命名原則，將該料場的冰水堆積物定名為含細(xì)粒土礫，記為GF。

2)由冰水堆積物的室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，其最大干密度隨著含石率的增大而增大，相應(yīng)的最佳含水量隨著含石率的增大而減小。本料場冰水堆積物的天然含水量為9.57%，最大干密度為2.06 g/cm3，對應(yīng)的最佳含水量為8.37%。

3)通過對料場不同位置的6處典型取樣的天然含水量以及粒徑篩分試驗(yàn)可知，冰水堆積物填料的天然含水量和級配沒有隨著土層的深度以及水平位置的改變而發(fā)生顯著變化，因此在該料場可以進(jìn)行填料的整體開挖，不需要進(jìn)行分區(qū)開挖。

［1］楊景春，李有利 .地貌學(xué)原理(修訂版)［M］.北京:北京大學(xué)出版社，2005.

［2］謝春慶，冰磧土工程性能的研究［J］.山地學(xué)報(bào)，2002，20(6):129－132.

［3］田景富，康定機(jī)場高填方地基填料特性與變形研究［D］.貴陽:貴州大學(xué)，2007.

［4］張杰，徐林榮.粗粒土含水量室內(nèi)確定方法研究［J］.路基工程，2009，15(6):129 －130.

［5］中華人民共和國交通部.JTG E40－2007公路土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:人民交通出版社，2007.

［6］梁博，張杰.無粘性粗粒土最大干密度確定方法［J］.路基工程，2009，15(5):167 －168.