高速公路路基填料粉砂土改良研究

李聰

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司,湖南 長沙 410200)

我國粉砂土分布廣泛,由于粉砂土主要成分為粉砂顆粒,黏粒含量較少,具有保水性差、穩(wěn)定性差等特點(diǎn)。若直接用于高速公路路基填筑,極可能引發(fā)路基失穩(wěn)現(xiàn)象,且工程交付后,在汛期易受到環(huán)境水害影響,引發(fā)多種公路病害,影響路基穩(wěn)定性、行車安全性。為提高粉砂土路段公路路基承載能力,減少土方外借和施工成本,需改良粉砂土填料性能。本文依托某高速公路工程,對該工程粉砂土改良工藝展開研究,對不同改良方案下的經(jīng)改良后的粉砂土性能進(jìn)行試驗(yàn)分析,確定了石灰-粉煤灰改良方案,可為后期同類工程施工提供指導(dǎo)。

1 工程概況

某高速公路工程,工程勘察報(bào)告顯示,該公路施工范圍內(nèi),地表1.5m 以下,廣泛分布粉砂土層,土體成分以粉土、黏土和中、細(xì)砂為主,土層厚度7～8m,路基填方高度為1.2～9.0m,為提高填筑路基穩(wěn)定性,擬改良挖方粉砂土,作為路基填筑填料,以減少土方外借和施工成本。

2 路基填料粉砂土性能

2.1 室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果

為提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和代表性,本次試驗(yàn)土樣均采集自線路不同特征點(diǎn)；為提高土樣性能可比性,保證土質(zhì)一致,采集深度均為地表1.5m 以下,試驗(yàn)結(jié)果見表1。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 從表1 可知,土樣中粒徑小于0.075mm 的粉砂顆粒含量為95.17%,粒徑小于0.005mm 的黏粒含量為0.32%,土體中各個(gè)粒徑顆粒級配性較差；塑性指數(shù)為8.510,指數(shù)參數(shù)小于10,是典型的低液限土,當(dāng)土體處于飽和狀態(tài)下時(shí),易發(fā)生振動液化現(xiàn)象,導(dǎo)致路基失穩(wěn)或失效。

2.2.2 土樣塑性指數(shù)8.510,環(huán)境水多以自由水形式存在,土體結(jié)合水能力不足；在環(huán)境水害作用下,路基填筑土體易因環(huán)境水害沖刷流失,影響路基密實(shí)度。

2.2.3 土體CBR 值為3.41%,基本滿足填筑要求,但土體彈性模量等指標(biāo)過低,工程交付后,易造成路基沉降現(xiàn)象,引發(fā)公路病害。

3 粉砂土改良研究

3.1 項(xiàng)目概況

工程勘察報(bào)告顯示,該公路施工范圍內(nèi),地表1.5m 以下,廣泛分布粉砂土層,土體成分以粉土、黏土和中、細(xì)砂為主,土層厚度7～8m。為減少土方采購、運(yùn)輸成本,保證路基填筑質(zhì)量,擬對改良挖方粉砂土,作為填筑填料?，F(xiàn)階段,主要有水泥和石灰改良兩種改良工藝,可有效提高粉砂土力學(xué)性能和土體穩(wěn)定性。

3.2 水泥改良方案設(shè)計(jì)

3.2.1 水泥摻量設(shè)計(jì)

3.2.1.1 水泥改良是目前常用的粉砂土改良工藝之一,通過摻入一定量的水泥和水,提升土體水穩(wěn)、溫穩(wěn)、力學(xué)性能和承載能力。

3.2.1.2 本文設(shè)置了5 組水泥摻量不同的試驗(yàn)方案,摻量分別為1%,1.5%,2%,3%,4%,并通過試驗(yàn)分析不同產(chǎn)量的改良土性質(zhì),確定最佳水泥摻量。

3.2.2 試驗(yàn)分析

3.2.2.1 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 小筒擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

3.2.2.2 從表2 可知：(1)經(jīng)改良后的粉砂土,水泥摻量為1.0%時(shí),最大干密度最小,最小值為1.71g/cm3,略低于原土體最大干密度；(2)水泥摻量為4.0%時(shí),最優(yōu)含水率最大,最大值為14.10%,小于原材料最優(yōu)含水率。

3.2.2.3 抗壓回彈模量試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 抗壓回彈模量試驗(yàn)結(jié)果

3.2.2.4 由表3 可知：(1)隨水泥摻量增加,改良粉砂土抗壓回彈模量隨之增加,水泥摻量為4.0%時(shí),達(dá)到最大值,水泥摻量從1.5%增加至2%時(shí),增幅最大；(2)隨養(yǎng)護(hù)期齡增長,改良粉砂土抗壓回彈模量隨之增加,在90 天時(shí),達(dá)到最大值,在從7d 至28d 時(shí),增幅最大。

3.2.2.5 CBR 試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 CBR 試驗(yàn)結(jié)果

3.2.2.6 由表4 可知：(1)隨水泥摻量增加,改良粉砂土CBR值隨之近似線性增加；(2)水泥摻量為1%～1.5%時(shí),改良土CBR值即可滿足93 區(qū)填筑要求。

3.3 石灰-粉煤灰改良

3.3.1 改良設(shè)計(jì)方案

3.3.1.1 結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料和工程實(shí)際,石灰-粉煤灰改良粉砂土的最佳石灰配合比為8%左右。

3.3.1.2 根據(jù)本工程粉砂土特性,設(shè)計(jì)三種改良方案：(1)方案1：石灰∶粉煤灰∶粉砂土=2∶4∶94；(2)方案2：石灰∶粉煤灰∶粉砂土=3∶6∶91；(3)方案3：石灰∶粉煤灰∶粉砂土=4∶8∶88。

3.3.2 試驗(yàn)分析

3.3.2.1 對經(jīng)三種改良方案改良的粉砂土進(jìn)行壓縮試驗(yàn),結(jié)果見圖1。

3.3.2.2 由圖1 可知：(1)經(jīng)石灰-粉煤灰工藝改良的粉砂土,孔隙比明顯減?。?2)方案3 效果最優(yōu),且經(jīng)改良后不可壓縮性最為理想。

3.3.2.3 選定經(jīng)方案3 改良的粉砂土,開展CBR 試驗(yàn),結(jié)果見圖2、3、4。

3.3.2.4 從圖2、3、4 可知：(1)CBR 均值為12.4%,大于8%,表明經(jīng)該方案改良的粉砂土性能較好,可滿足使用要求；(2)最佳配比為石灰∶粉煤灰∶粉砂土=4∶8∶88。

3.3.3 現(xiàn)場檢驗(yàn)結(jié)果

由于施工實(shí)踐無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)室中的理想條件,存在一定誤差及損耗情況,因此需對上述試驗(yàn)所得最佳方案進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)。對該公路某試驗(yàn)路段檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該路段路基具有較高穩(wěn)定性,承載力較強(qiáng),沉降量較小,進(jìn)一步測定其壓實(shí)度、彎沉值等數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),測試指標(biāo)均符合規(guī)范要求,表明該方案可行性良好,經(jīng)該方案改良粉砂土,各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足填料技術(shù)要求,可用于路基填筑。

4 結(jié)論

本文結(jié)合某高速公路工程,對該工程范圍內(nèi)粉砂土改良工藝展開研究,結(jié)論如下：

4.1 水泥改良工藝下,隨水泥摻量增加和養(yǎng)護(hù)期齡增長,改良土最大干密度、回彈模量、CBR 值隨之增加；水泥摻量為1%～1.5%時(shí),改良土CBR 值即可滿足93 區(qū)填筑要求。

圖1 壓縮試驗(yàn)結(jié)果

圖2 單位壓力與灌入量關(guān)系曲線圖(試件編號01)

圖3 單位壓力與灌入量關(guān)系曲線圖(試件編號02)

圖4 單位壓力與灌入量關(guān)系曲線圖(試件編號03)

4.2 石灰-粉煤灰改良工藝,可有效改善粉砂土孔隙率,最佳配比為石灰∶粉煤灰∶粉砂土=4∶8∶88,在該工藝配比下,改良土CBR 均值為12.4%,完全滿足填筑施工要求。

4.3 經(jīng)現(xiàn)場檢驗(yàn),該路段路基具有較高穩(wěn)定性,承載力較強(qiáng),沉降量較小,進(jìn)一步測定其壓實(shí)度、彎沉值等數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),測試指標(biāo)均符合規(guī)范要求,表明經(jīng)改良粉砂土,各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足填料技術(shù)要求,可用于路基填筑。