摻加粉煤灰和砂礫聯(lián)合改良高液限黏土研究

唐鵬程

高液限黏土是指液限大于50%,塑性指數(shù)大于26的黏性土[1],湘南地區(qū)廣泛分布,是湘南地區(qū)路基施工中經(jīng)常遇到的一類(lèi)不良填土。這類(lèi)黏性土具有明顯的塑性,對(duì)水特別敏感,且多具膨脹性。由于上述特點(diǎn),這類(lèi)黏土路基的固結(jié)性、滲透性差,達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定的時(shí)間長(zhǎng),且穩(wěn)定性差,嚴(yán)重影響施工后路基質(zhì)量[2,3]。

某二級(jí)公路全線(xiàn)挖方土2/3為高液限黏土,代表路段高液限黏土的天然含水量為35.5%,液限為57.6%,塑性指數(shù)為28.7,

最大干密度為1.52 g/cm3,最佳含水量為27.2%,CBR=7.8%。這表明該公路高液限黏土具有天然含水率高、液塑限高、收縮性大、可壓實(shí)性差的特點(diǎn)。調(diào)查資料表明,該區(qū)域高液限黏土廣泛分布,借用符合要求的路基填料需要遠(yuǎn)距離調(diào)運(yùn),且挖方高液限黏土數(shù)量巨大,廢棄很不經(jīng)濟(jì)。因此,如何改良高液限黏土是本工程的突出問(wèn)題。

1 高液限黏土改良土

1.1 高液限黏土改良的試驗(yàn)方案

針對(duì)該公路高液限黏土的特點(diǎn),提出采用摻拌粉煤灰和砂礫聯(lián)合改良方法對(duì)其進(jìn)行改良,目的是改善高液限黏土的物理力學(xué)性質(zhì)和降低其收縮開(kāi)裂性能。

路基填土采用該公路第2合同段挖方一般高液限黏土,采用砂為河砂,且為中粗砂,礫石為河卵石,規(guī)格為5 mm～20 mm。粉煤灰中SiO2,Al2O3,Fe2O3的總含量應(yīng)大于70%,粉煤灰的燒失量不應(yīng)超過(guò)20%,其比表面積宜大于2 500 cm2/g。

選取該公路第2合同段400 m長(zhǎng)高液限黏土路段,路床面下超挖30 cm,粉煤灰、砂、礫石、土的比例分別為 5∶10∶20∶65 和5∶10∶25∶60設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,每個(gè)試驗(yàn)方案施工長(zhǎng)度為200 m。首先將粉煤灰加入高液限黏土中并與土干拌均勻,再添加砂礫拌和均勻,再均勻攤鋪碾壓。在最高溫度37℃,相對(duì)濕度65%無(wú)降雨天氣條件下,持續(xù)風(fēng)干48 h。之后觀察開(kāi)裂情況,并進(jìn)行了路床質(zhì)量檢測(cè)。

表1 高液限改良土室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果

表2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

1.2 改良效果評(píng)價(jià)

通過(guò)不同粉煤灰和砂礫摻配率下的高液限改良土的液塑限、CBR和重型擊實(shí)等室內(nèi)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1?，F(xiàn)場(chǎng)填料開(kāi)裂試驗(yàn)和施工質(zhì)量檢測(cè)(壓實(shí)度和彎沉檢測(cè))見(jiàn)表2。

通過(guò)對(duì)改良后高液限黏土室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果分析可知,對(duì)于本工程挖方路段的高液限黏土經(jīng)過(guò)粉煤灰和砂礫聯(lián)合改良后相同的壓實(shí)功下壓實(shí)度和彎沉值均有明顯提高,裂縫明顯減小,更有利于路基結(jié)構(gòu)受力、減小沉降、增加穩(wěn)定性,當(dāng)粉煤灰、砂、礫石、土比例為5∶10∶25∶60時(shí),檢測(cè)指標(biāo)完全達(dá)到規(guī)范要求。高液限黏土添加粉煤灰和砂礫后,液限分別降低了26.3%和34.3%,塑性指數(shù)分別降低了25.7%和31.7%,最大干密度增加了13.1%和17.1%,CBR值分別提高了2.1倍和2.6倍。同時(shí),現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)加適量的砂礫可以改善高液限黏土開(kāi)裂特性。故比例為5∶10∶25∶60的改良土可作為二級(jí)公路上路床的填料。

這是由于粉煤灰的活性好,能與土發(fā)生強(qiáng)度較大的水解、水化、離子交換和團(tuán)?；饔肹4],加之添加的碎石可以改善土的顆粒級(jí)配,提高土中粗顆粒的含量,進(jìn)而改善土的物理、水理特性[5],同時(shí)也提高了土的CBR值。因此,通過(guò)人工摻砂礫和粉煤灰的辦法,可以有效地預(yù)防路基開(kāi)裂,提高路基的板體性及整體強(qiáng)度。

2 高液限黏土改良土施工工藝

1)下承層處理。保證填筑下承層表面平整、堅(jiān)實(shí),平整度和壓實(shí)度符合規(guī)范要求。2)施工放樣。恢復(fù)中線(xiàn),每20 m設(shè)一樁,并在兩側(cè)路肩邊緣外設(shè)指示樁。3)備土。根據(jù)各路段改良土層的寬度、厚度及預(yù)定的干密度計(jì)算需要的干燥土的數(shù)量,根據(jù)料場(chǎng)土的含水量和所用運(yùn)料車(chē)輛的噸位,計(jì)算每車(chē)料的堆放距離并畫(huà)出方格,堆料前應(yīng)在土基上先灑水,使其表面濕潤(rùn),但不應(yīng)過(guò)分潮濕而造成泥濘。土裝車(chē)時(shí),應(yīng)控制每車(chē)料的數(shù)量基本相等,卸料時(shí)應(yīng)將土卸在方格中間。備料完后用平地機(jī)進(jìn)行攤鋪并初平,如土的天然含水量偏大應(yīng)進(jìn)行晾曬,如含水量低則應(yīng)灑水并進(jìn)行燜料,一般宜燜料一晚。4)備粉煤灰。根據(jù)改良土層的厚度和預(yù)定的干密度及粉煤灰劑量,計(jì)算每平方米所需的粉煤灰用量,在初平好的土上用石灰畫(huà)方格線(xiàn),按計(jì)算所需的粉煤灰質(zhì)量將粉煤灰堆放在方格內(nèi),用平地機(jī)將粉煤灰初平。5)初拌。用寶馬機(jī)進(jìn)行拌和,先干拌并檢測(cè)含水量,如含水量偏小應(yīng)適當(dāng)灑水,混合料的含水量宜高于最佳含水量的2%～3%。6)備砂礫。在已整平的土基上,用石灰畫(huà)格后用自卸車(chē)攤放砂礫,按規(guī)定的砂礫摻配率用平地機(jī)攤鋪一定厚度的砂礫。7)拌和及整形。用多鏵犁將鋪好的砂礫翻拌兩遍,但不翻犁到底。第一遍由路中心開(kāi)始,機(jī)械慢速前進(jìn),將混合料向中間翻,第二遍從兩邊開(kāi)始,將混合料向外側(cè)翻。然后再翻犁兩遍,此時(shí)翻犁到底,并隨時(shí)檢查調(diào)整翻犁的深度,使填料拌和充分、色澤一致。同時(shí),隨層抽樣進(jìn)行篩分試驗(yàn),檢查碎石含量?；旌狭习韬途鶆蚝?立即用平地機(jī)整平和整形。8)碾壓。平整完成后即采用光輪壓路機(jī)碾壓,其碾壓原則為“先邊后中,先內(nèi)后外,先靜后振”,相鄰輪跡重疊40 cm～50 cm,路基的兩側(cè)應(yīng)多壓2遍～3遍。碾壓過(guò)程中,如有彈簧、松散、起皮等現(xiàn)象,應(yīng)及時(shí)翻開(kāi)重新拌和,并按要求進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)。

3 結(jié)語(yǔ)

高液限黏土具有天然含水率高、細(xì)粒含量大、液塑限高、壓實(shí)性差、收縮性大等不良工程性質(zhì),不能直接用作路床填料。采用摻拌粉煤灰和砂礫聯(lián)合改良方法對(duì)其改良后各項(xiàng)指標(biāo)均有所改善,能有效減少細(xì)粒含量、降低收縮性能,并能提高土體強(qiáng)度和壓實(shí)密度,同時(shí)還可以改善高液限黏土的開(kāi)裂特性,可作為二級(jí)公路的上路床填料。

[1] JTG D30-2004,公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 楊 俊.高速公路高液限粘土路基的改良及其施工技術(shù)[J].公路,2008(8)：140-143.

[3] 陳 安.湘南高液限粘土路用填料改良研究[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008(9)：63-65.

[4] 曹沂海,陳 宏.改良后的高液限粘土在高速公路施工中的應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2006,98(8)：34-37.

[5] 劉 江,張榮堂,嚴(yán)東方.高液限粘土壓實(shí)性能的試驗(yàn)[J].華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,28(3)：316-319.