路基用回填土土質(zhì)改良方法的對(duì)比研究

文/賀文彪 湖南省第四工程有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410119

1、引言

路基建筑時(shí)，采用施工現(xiàn)場(chǎng)的回填土可以降低施工成本，由于回填土中的含水率較高，特別是在濕度較大的地區(qū)。含水率較大的回填土使路基存在強(qiáng)度失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)變形等隱患和問(wèn)題，土體很難被壓實(shí)，其抗剪強(qiáng)度減小，當(dāng)路面車輛多次通行后，會(huì)由于土體自身以及車輛的載荷使路基不均勻沉降，降低了道路的使用時(shí)限[1]。因此對(duì)于路基用回填土的土質(zhì)需要進(jìn)行改良。

擊實(shí)改良法是通過(guò)增大擊實(shí)功使土壤中顆粒之間的空隙壓縮，顆粒發(fā)生重排，進(jìn)而排出空氣，達(dá)到提高土壤密實(shí)度的目的。石灰改良法采用生石灰作為原料，早期回填土顆粒會(huì)在生石灰的作用下凝結(jié)，回填土塑性降低，消水效果良好，后期由于生石灰與土中的水發(fā)生各種物理化學(xué)反應(yīng)，使得回填土的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而提高了回填土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性[2]。

本文對(duì)比分析了兩種改良法對(duì)路基用回填土干密度和三軸剪切強(qiáng)度的影響，并對(duì)兩種方法的改良效果進(jìn)行了對(duì)比。

2、實(shí)驗(yàn)方法

本文選用干密度和三軸剪切強(qiáng)度作為指標(biāo)進(jìn)行改良效果分析。干密度的測(cè)量首先需要稱取一定量的原土，研磨過(guò)篩后在鼓風(fēng)干燥箱中120℃干燥48h后得到干土；之后按照一定含水量配置土樣，當(dāng)需要含水量為ω的土樣時(shí)，稱取m0g干土，用噴壺在干土中噴灑m0·ωg的水，之后攪拌均勻，在擊實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，按照式1計(jì)算干密度：

式1中ρd為干密度，ρ0為濕密度(即濕土質(zhì)量/濕土體積)，ω為含水率。

三軸剪切強(qiáng)度的檢測(cè)過(guò)程為：首先取原土烘干后研磨過(guò)篩，使用制樣器，采用五層制樣法，每層擊實(shí)后再進(jìn)行下層制樣；將土樣放入無(wú)水氣缸中抽真空4h，之后注入清水并維持一定的氣壓，待樣品完全浸沒(méi)于水中后停止抽氣，放置12h使土樣飽和，之后采用GDS應(yīng)力路徑三軸儀進(jìn)行三軸剪切強(qiáng)度測(cè)試。

3、擊實(shí)改良法和石灰改良法對(duì)回填土土質(zhì)改良效果的影響分析

3.1 擊實(shí)改良法和石灰改良法對(duì)回填土干密度的影響

路基用回填土的最大干密度隨擊實(shí)功的變化。土壤試樣的含水量為15%，采用5層擊實(shí)法，每層的擊實(shí)次數(shù)為20次、28次、35次、43次、52次和60次時(shí)，對(duì)應(yīng)的擊實(shí)功分別為1998kJ/m3、2512 kJ/m3、3163 kJ/m3、3624 kJ/m3、4209 kJ/m3和4779 kJ/m3。隨著擊實(shí)功的增加，路基用回填土的干密度逐漸增加。增大擊實(shí)功可以擠壓土壤中的水分和空氣，土壤間的空隙逐漸減小，因此干密度會(huì)增大。但當(dāng)干密度增大到一定程度后干密度增加緩慢，說(shuō)明回填土壓實(shí)到一定程度后，擊實(shí)法對(duì)回填土壤的改良效果逐漸降低。

石灰改良法中石灰含量對(duì)土壤干密度的影響。土壤含水量為15%。試樣制備時(shí)首先將回填土試樣進(jìn)行悶料，24h后加入不同的石灰含量均勻攪拌，制備相應(yīng)的土樣進(jìn)行測(cè)試，隨著石灰含量的增加，試樣的最大干密度下降，這是由于石灰含量增加，加入的石灰與土壤中的水分發(fā)生相應(yīng)的物理化學(xué)反應(yīng)，生成了密度較小的物質(zhì)，隨著石灰含量的增多，這種反應(yīng)隨之加劇，生成的小密度物質(zhì)也越來(lái)越多，因此密度發(fā)生了下降。

3.2 擊實(shí)改良法和石灰改良法對(duì)回填土三軸剪切強(qiáng)度的影響

研究擊實(shí)改良法對(duì)路基用回填土三軸剪切強(qiáng)度的影響時(shí)，首先制備不同含水率的試樣，分別為15%和20%，試樣分為五層，逐層擊實(shí)，按照95%的壓實(shí)度稱取每層土樣，每層的擊實(shí)次數(shù)分別選擇30次、35次、40次，對(duì)應(yīng)于不同的擊實(shí)功。對(duì)應(yīng)條件下制備標(biāo)準(zhǔn)三軸試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到試樣偏應(yīng)力(kPa)和軸向應(yīng)變之間的關(guān)系，取試樣的最大偏應(yīng)力(即最大三軸剪切強(qiáng)度)，列于表1，從表中可以看出，擊實(shí)功 (對(duì)應(yīng)于擊實(shí)次數(shù))一定時(shí)，試樣含水率越小其抗剪強(qiáng)度越大；當(dāng)含水率一定時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨著擊實(shí)功的增大而增大，但擊實(shí)功增大到一定程度后，試樣的抗剪強(qiáng)度增大效果不明顯。

表1 采用擊實(shí)改良法得到的路基用回填土的剪切強(qiáng)度(kPa)

研究石灰改良法對(duì)回填土剪切強(qiáng)度的影響時(shí)，分別制備不同石灰含量的試樣，石灰含量分別為2%，4%和6%，每一含量下選擇不同的含水率，分別為15%，20%和25%，壓實(shí)度均為95%，每層擊實(shí)次數(shù)均為40次，得到樣品軸向應(yīng)變和偏應(yīng)力之間的關(guān)系，取偏應(yīng)力峰值得到改良后回填土的剪切強(qiáng)度，如表2所示，從表2中可以看出，當(dāng)同一石灰含量下，含水率越小試樣的剪切強(qiáng)度越大，當(dāng)含水率降至15%時(shí)，剪切強(qiáng)度最大；當(dāng)含水率一定時(shí)，石灰含量增加，樣品的剪切強(qiáng)度增大。總的來(lái)說(shuō)，石灰改良法對(duì)路基用回填土三軸剪切強(qiáng)度的影響與石灰含量和含水率有關(guān)，石灰含量越多，含水率越小，樣品的剪切強(qiáng)度越大。此外，與擊實(shí)法改良效果相比，相同含水量和擊實(shí)次數(shù)條件下，試樣的剪切強(qiáng)度得到了明顯的提高。即使當(dāng)含水率為25%時(shí)，石灰含量為6%的試樣其剪切強(qiáng)度接近擊實(shí)法改良的最佳剪切強(qiáng)度。說(shuō)明石灰法適用于潮濕環(huán)境下路基用回填土的改良。

表2 采用石灰改良法得到的路基用回填土的剪切強(qiáng)度

結(jié)論：

綜上所述，采用擊實(shí)改良法可以提高回填土的干密度，同時(shí)，含水率越低，擊實(shí)功越大，回填土的剪切強(qiáng)度越大，但擊實(shí)功不斷增大時(shí)，回填土土質(zhì)的改良效果逐漸變差，擊實(shí)改良法的性價(jià)比下降；采用石灰改良法，隨著石灰含量增大土體干密度由于新物質(zhì)的生成密度降低，但剪切強(qiáng)度即使在高含水率條件下依然有所增強(qiáng)，這種方法適用于回填土具有較大濕度時(shí)的路基施工。