弱—強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖物理改良土的試驗(yàn)分析

王 飛 安徽省六安市公路管理局金寨分局，安徽 六安 237300

S366 六安段建設(shè)工程?hào)|接合肥段，向東延伸繁華大道與合肥經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)相連，六安段穿過(guò)椿樹(shù)鎮(zhèn)，在黃泥店下穿六舒三公路，經(jīng)中店鄉(xiāng)，終點(diǎn)在戚家橋上跨G105 和淠河總干渠，全長(zhǎng)30.9 公里，是構(gòu)筑合肥經(jīng)濟(jì)圈城市群重要干線。六安段路基施工時(shí)，路基土弱和強(qiáng)的風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖分布整個(gè)路線，埋深不等，呈暗紫色、棕紅色，在天然的狀態(tài)下，通常是成塊，石狀，所以很難被破碎，即使選用機(jī)械的破碎方法，也很容易造成細(xì)顆粒太少，而粗顆粒太多，以及部分粒徑組缺失和級(jí)配不良的問(wèn)題。同時(shí)為了節(jié)省工程的造價(jià)，讓其應(yīng)用到高等級(jí)公路的路基填料中，就必須將其進(jìn)行物理方法的改良，然后再考慮使用的問(wèn)題。

1 弱-強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的擊實(shí)特性

1.1 改良土的最大干密度和最優(yōu)含水量

為了獲取弱，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)的粉砂巖的最大干密度，還有最佳含水量和摻入的粗砂量的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中把弱和強(qiáng)的風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖分別摻入5%和10%，15%，20%和25%的粗砂，并且按照《水利工程土工試驗(yàn)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，然后進(jìn)行大型(重)的擊實(shí)試驗(yàn)，圖1 是在不同的摻砂量情況下弱和強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的最大干密度，還有含水量的關(guān)系，而圖2 是弱和強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的最大干密度和摻砂量的關(guān)系。不難看出，在相同的擊實(shí)功下，其最大的干密度會(huì)ρdmax隨著摻砂量的增加而增大，如果摻砂量是25%的時(shí)候，最大的干密度可以達(dá)到最大，其數(shù)值是2.26g/cm3。但是如果當(dāng)摻砂的量達(dá)到了20%以后，其最大的干密度，隨著摻砂量的增加的特性就不再那么明顯了。這說(shuō)明，弱和強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，在摻入了一定量的中粗砂以后，其顆粒的級(jí)配就變得更加優(yōu)良了，讓后再經(jīng)過(guò)壓實(shí)處理，就能夠獲得非常大的干密度，同時(shí)因?yàn)樵趽魧?shí)的過(guò)程中，會(huì)有顆粒破碎的問(wèn)題發(fā)生，所以這就直接導(dǎo)致了弱，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖中的細(xì)顆粒含量，主要還是受到顆粒破碎性的影響。實(shí)驗(yàn)中其摻砂量從5%到25%的過(guò)程中，其最優(yōu)的含水率wopt是穩(wěn)定維持在7.2%到8.0%之間的，可以看出在不同的摻砂量的情況下，它的弱，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖在改良土擊實(shí)的時(shí)候，最大的干密度對(duì)含水量的影響是不明顯的，現(xiàn)場(chǎng)在對(duì)填筑泥質(zhì)粉砂巖棄碴進(jìn)行改良土?xí)r，可以按照天然的含水量進(jìn)行，而不是進(jìn)行人工的滲水或者是涼曬工作。

圖1 不同摻砂量下改良土的干密度ρd與含水量wa的關(guān)系

圖2 改良土的最大干密度與摻砂量的關(guān)系

1.2 不同摻入量下的顆粒級(jí)配的變化情況

針對(duì)弱、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的顆粒級(jí)配而言，其基本上都是比較窄的級(jí)配土，在機(jī)械進(jìn)行破碎以后，它的顆粒級(jí)配曲線是非常難滿足高等級(jí)公路路基施工要求，如果是路基填料，其不均勻的系數(shù)Cu ＞15，而曲率系數(shù)Cc=1 到3 的要求，在這樣的條件下，如果直接成為填料填筑，那么其結(jié)果是很難達(dá)到工程對(duì)路基所規(guī)定的壓實(shí)度，所以在這些風(fēng)化料中，一定添加一定量的中粗砂粒(這些砂礫的直徑范圍＜5 毫米)，通過(guò)這種方法，就可以擴(kuò)大這些材料的級(jí)配曲線的粒徑范圍，進(jìn)而改善土樣的骨架結(jié)構(gòu)，讓其受力性的能力更強(qiáng).所以應(yīng)該選擇不同的摻入量，然后對(duì)泥質(zhì)粉砂巖弱、強(qiáng)風(fēng)化料，進(jìn)行實(shí)際的顆粒分析試驗(yàn)，分析的結(jié)果如圖3 所示.通過(guò)圖3可以看出，隨著對(duì)中粗砂的摻入量的提高，圖中的級(jí)配曲線有向右移動(dòng)的傾向，而且整體情形是趨于平緩，在土中，起骨架作用的顆粒總含量沒(méi)有增加，但是0.1 到2 毫米顆粒的含量卻增加了，這樣正好可以填補(bǔ)弱、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖中，骨架顆粒以及被破碎的細(xì)小顆粒的空隙，進(jìn)而可以讓土的后級(jí)配得到非常好的改善，這樣改良土就會(huì)更容易被壓實(shí)。土的不均勻系數(shù)Cu，還有曲率系數(shù)Cc 的值如下圖2 中所示，通過(guò)圖表2 不難知道，當(dāng)在窄級(jí)配的弱、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖中摻入砂土之后，它的Cu 數(shù)值就有了非常大的提高，在摻入中粗砂的比例達(dá)到15%的時(shí)候，它的級(jí)配就已經(jīng)滿足施工對(duì)路基的填料要求。

圖3 不同摻入量下的弱-強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的顆粒粒徑及級(jí)配變化

1.3 碾壓前后顆粒級(jí)配的變化情況

因?yàn)閺?qiáng)風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖在碾壓之后，是非常容易破碎的，通過(guò)在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的，不同位置的泥質(zhì)粉砂巖的物理改良土，進(jìn)行碾壓前以及碾壓后的顆粒級(jí)配測(cè)試的結(jié)果如圖4。

圖4 泥質(zhì)粉砂巖物理改良土采取不同篩分法的顆粒大小分布曲線

通過(guò)圖4 可以知道，對(duì)泥質(zhì)粉砂巖的物理改良土里面是含有黏土粒的砂類土，選取通過(guò)直接篩選的方法，會(huì)讓它的試驗(yàn)結(jié)果嚴(yán)重的不真實(shí)，它的根本原因就是軟質(zhì)巖細(xì)顆粒擁有非常強(qiáng)的黏性，而且在振動(dòng)篩選的時(shí)候，還非常不容易的脫離，進(jìn)而就可能造成篩選的結(jié)果偏粗的問(wèn)題。針對(duì)泥質(zhì)的粉砂巖來(lái)說(shuō)，它的物理改良土的方法無(wú)論是在經(jīng)過(guò)碾壓，還是不經(jīng)過(guò)碾壓，還是經(jīng)過(guò)泡水與否，顆粒的粒徑經(jīng)常都保持不變，這表明泥質(zhì)粉砂巖的物理改良土，在比較優(yōu)秀的級(jí)配下，是比較容易被碾壓成密實(shí)的狀況的，進(jìn)而增加抵擋顆粒破碎的能力，從而抗壓的性能有穩(wěn)步的提高。

2 改良土CBR 的試驗(yàn)情況

對(duì)改良土CBR 的試驗(yàn)過(guò)程，要嚴(yán)格的按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行處理，首先是要進(jìn)行泡水四天的處理，觀察發(fā)現(xiàn)弱、強(qiáng)風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖，它的物理改良土CBR 的數(shù)值會(huì)隨著摻入值的變化而變化，詳細(xì)情況可以看圖5。通過(guò)對(duì)圖的觀察可以看出，在實(shí)驗(yàn)中，隨著摻入砂量的不斷增加，其實(shí)驗(yàn)的改良土CBR 的數(shù)值也會(huì)隨著增加，但是改良土的膨脹量卻有所減少。

圖5 弱-強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖物理改良土CBR 值隨摻入量的變化

通過(guò)圖5 可以看出，依據(jù)弱風(fēng)化的軟質(zhì)巖破碎后的結(jié)果，通過(guò)顆粒的級(jí)別配比分布問(wèn)題，來(lái)選擇可以摻入的某一段砂粒直徑的組成，這樣的方式，不僅可以改變要填入材料的級(jí)別配比，進(jìn)而來(lái)增加被填料的不均勻性，同時(shí)還可以從本質(zhì)上提高土體的CBR 數(shù)值。這樣改良的填料再經(jīng)過(guò)壓實(shí)之后，再通過(guò)細(xì)小顆粒在粗大的顆粒中進(jìn)行填實(shí)的工序，那么之前所形成的孔隙，就非常容易得到比較大的密實(shí)度，還有非常好的力學(xué)性作用，同時(shí)還能極大的節(jié)省工程項(xiàng)目的造價(jià)。依據(jù)日本鐵路的路基填料對(duì)CBR 數(shù)值的整體要求，也就是CBR ＞10%的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的土樣在摻入中砂，和粗砂的量一定要超過(guò)15%，就可以用在高等級(jí)公路的路基填筑工序中，但是還存在的問(wèn)題是，雖然弱、強(qiáng)的風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，在摻入中砂，粗砂后，實(shí)驗(yàn)土樣的CBR 數(shù)值就明顯的增加，而泡水的膨脹量卻是大大的縮減了，同時(shí)實(shí)驗(yàn)的土樣的吸水量也極大的減少，但是吸水量還是比較大。所以通過(guò)實(shí)驗(yàn)后的分析和研究，這種填料如果是用在高等級(jí)公路的路基材料的時(shí)候，還是應(yīng)關(guān)注隔水和防水方面的問(wèn)題，而且在實(shí)際的施工中，是絕對(duì)不能用在有浸水路堤的填料中的。同過(guò)以上的實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論，第一點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)土樣中，摻入中粗砂是非常有利于弱、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的最大干密度的增大，但是其增加的幅度并不是非常的明顯，而且其最好的含水量，變化也不是十分明顯，這些情況可以看出，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)填筑土的含水量，可以按照天然的含水量進(jìn)行配比。第二點(diǎn)是，在弱、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)的粉砂巖中，摻入中砂和粗砂后，提高土體整體的CBR 數(shù)值，而其其水的穩(wěn)性也得到了很好的增強(qiáng)，通過(guò)分析在92%的壓實(shí)度的改良土中，改良土的CBR 值都高于10%，所以它是可以用在高速鐵路的路基填料方面的。

3 總結(jié)

通過(guò)以上對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，在實(shí)際的應(yīng)用中，最好是應(yīng)用弱、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)的粉砂巖的摻入百分之二十的中砂和粗砂，之后再進(jìn)行路基的填筑工作，但是針對(duì)這種改良后的填料，如果是用在高等級(jí)公路的路基材料時(shí)，還是要關(guān)注隔水和防水方面的問(wèn)題，并且一定不能用在浸水的路堤填料上。

［1］胡萍，王永和，卿啟湘.軟巖改良土特性的室內(nèi)試驗(yàn)研究［J］.湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，21(2):96-99.

［2］王永和，胡萍，卿啟湘.影響土樣擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果的試驗(yàn)分析［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，3(6):31-34.