膨脹土路基填料的土工試驗(yàn)方法探討

梁瓊

摘 要：路基施工中的填料土種類較多，其中膨脹土因自身的干燥易開裂、吸水易膨脹特性而不能直接進(jìn)行填充使用，所以在膨脹土工程施工中需要對(duì)其進(jìn)行改良。本文將通過土工試驗(yàn)的方法研究膨脹土的物理學(xué)特性以及改良后工程性質(zhì)的變化特征。

關(guān)鍵詞：膨脹土；路基填料；改良；土工試驗(yàn)

伴隨公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路路基填筑材料的種類越來越多，我國部分地區(qū)的公路建設(shè)會(huì)遇到膨脹土地質(zhì)，多數(shù)通過摻石灰法改良膨脹土特性，以達(dá)到路基填料的使用標(biāo)準(zhǔn)，為提高膨脹土路基填料使用性能，對(duì)其土方試驗(yàn)方法進(jìn)行探究。

1 測(cè)定摻石灰計(jì)量的方法

采用摻石灰法處理膨脹土路基時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)土樣參灰率進(jìn)行測(cè)定是檢測(cè)膨脹土施工質(zhì)量的主要方法之一，是根據(jù)我國交通部門頒布的相關(guān)規(guī)章制度，利用乙二胺四乙酸二鈉方法（簡稱EDTA二鈉滴定法），對(duì)石灰或水泥穩(wěn)定土中的石灰或水泥劑量進(jìn)行測(cè)定。石灰土的摻石灰率測(cè)定試驗(yàn)，是在石灰土浸提液中滴入EDTA二鈉，直至指示劑的顏色達(dá)到指示變色的終點(diǎn)，然后測(cè)量EDTA二鈉的總耗量。結(jié)合幾種給定石灰劑量數(shù)值的石灰土EDTA耗量標(biāo)準(zhǔn)曲線規(guī)律圖，方可確定被測(cè)石灰土中所含的摻石灰率。但此測(cè)定方法用于施工現(xiàn)場(chǎng)路基壓實(shí)土樣的參灰率測(cè)定，其結(jié)果通常較低，因此，測(cè)定膨脹土路基填料摻石灰率試驗(yàn)時(shí)，多數(shù)采用室內(nèi)土工試驗(yàn)的方法，通過觀察不同齡期狀態(tài)下的同種摻灰土試樣測(cè)試結(jié)果，來獲取準(zhǔn)確的摻石灰計(jì)量。

2 現(xiàn)役期石灰改良后膨脹土路基的特征

通過室內(nèi)土方試驗(yàn)方法獲取膨脹土改良的相關(guān)參數(shù)值，在填充完路基工程之后，需要對(duì)其使用功能進(jìn)行更深一層的研究，比路基建設(shè)時(shí)期相比較，路基進(jìn)入服役期之后，還需要面對(duì)循環(huán)交通的荷載作用，一般情況下，嚴(yán)格按照相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的路基壓實(shí)工藝施工，都能夠滿足路基的荷載層壓能力，但是在路基在長期的交通荷載作用力下，會(huì)產(chǎn)生變形問題，甚至發(fā)生路基下沉現(xiàn)象。因此在采用石灰改良方法對(duì)膨脹土路基進(jìn)行處理之后，需要對(duì)路基進(jìn)行荷載力測(cè)試試驗(yàn)，主要通過建立路基斷面三維原數(shù)值模型的方式，模擬計(jì)算交通荷載的周期特點(diǎn)，現(xiàn)役期路基的變形問題會(huì)隨著公路交通的荷載力不斷增加，根據(jù)路基的服役時(shí)間長短，會(huì)呈現(xiàn)出不同的穩(wěn)定、緩慢、快速等特征，路基在運(yùn)營期內(nèi)服役3年，其沉降可以得到有效的控制。路基使用5年后，其變形量小于3.6mm，由此可見循環(huán)交通的荷載作用狀態(tài)下，路基累積變形量相對(duì)較小，多數(shù)呈現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢(shì)，足以說明，石灰改良后的膨脹土路基作為公路基層填充材料，可以滿足公路長期服役的安全性要求。

3 試樣飽和度對(duì)摻石灰膨脹土力學(xué)性質(zhì)的影響

通過室內(nèi)土方試驗(yàn)方法對(duì)摻灰土試樣的飽和度進(jìn)行不同齡期階段的力學(xué)性質(zhì)測(cè)試，用來研究膨脹土地基摻石灰壓實(shí)之后的力學(xué)性質(zhì)，試樣飽和的抽氣飽時(shí)間不同，所得強(qiáng)度也會(huì)不同。以摻灰率為4%的膨脹土填料為測(cè)試對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行兩種不同時(shí)間段的抽氣飽和試樣試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。第一種試驗(yàn)方法按照《土方試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行操作，此方法需要在膨脹土試樣制備完成之后，立即進(jìn)行抽氣飽和操作，后將其養(yǎng)護(hù)在水中，分為1天、7天、28天三種養(yǎng)護(hù)齡期，此試驗(yàn)方法稱為“先抽氣飽和試樣”；第二種試驗(yàn)方法按照《公路路面基層的施工技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行操作，在完成試樣制備之后，需要將其在特定溫度下進(jìn)行一段時(shí)間的保濕養(yǎng)護(hù)，在預(yù)定齡期前一天才能進(jìn)行抽氣飽和，此試驗(yàn)方法稱為“后抽氣飽和試樣”。主要通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、壓縮兩種方式進(jìn)行項(xiàng)目試驗(yàn)對(duì)此，根據(jù)試驗(yàn)的對(duì)比結(jié)果，將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理可以得到兩種方式下的抽氣飽和時(shí)間齡期與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線圖。試驗(yàn)結(jié)果可以表明，先抽氣飽和試樣方法，因?yàn)榫邆渥銐蛩?，石灰與膨脹土之間可以進(jìn)行充分的化合作用，可以有效的改善土質(zhì)力學(xué)性質(zhì)，提高壓縮模量與強(qiáng)度。所以在實(shí)際膨脹土路基填料工程施工中，采用石灰法改良膨脹土性質(zhì)，在保證路基壓實(shí)度基礎(chǔ)之上，適當(dāng)增加壓榨施工過程中的含水率，充分利用石灰和土料的化合作用，改善土質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)，降低工程完工后因浸水問題引發(fā)的膨脹量問題。但需要注意含水率不宜過大，避免出現(xiàn)妨礙路基壓實(shí)度現(xiàn)象，從而產(chǎn)生因壓實(shí)干密度不達(dá)標(biāo)而引發(fā)的收縮變形問題。

4 膨脹力測(cè)定和估算方法

采用固結(jié)儀對(duì)試樣土膨脹力進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定，用小鉛丸取代試驗(yàn)砝碼對(duì)試樣進(jìn)行施壓測(cè)試，以便隨時(shí)加減荷載力，試樣注入水后會(huì)發(fā)生膨脹，應(yīng)立即施加適量的平衡荷重，不讓試樣膨脹，在試驗(yàn)過程中需要不停加注水量，所以試樣會(huì)不斷膨脹，需要不斷施加平衡荷重，直到試樣達(dá)到某級(jí)荷載后，經(jīng)過2h都不再膨脹，此級(jí)荷重即可達(dá)到穩(wěn)定測(cè)試數(shù)值，最后利用總平衡荷重來計(jì)算膨脹力。目前不再使用人工方法添加鉛丸，采用三軸儀加荷裝置控制注水膨脹反應(yīng)，無側(cè)向變形基礎(chǔ)上，對(duì)膨脹土試樣進(jìn)行注水，會(huì)產(chǎn)生膨脹力和無壓膨脹率，膨脹力作為限制試樣膨脹的內(nèi)應(yīng)力，無壓膨脹率則是完全釋放膨脹力，即試樣壓力值為零狀態(tài)下的膨脹率。膨脹力和無壓膨脹率與試樣膨脹指數(shù)均有關(guān)，膨脹指數(shù)是膨脹變形和壓力對(duì)數(shù)之間的比值，膨脹力Pe的數(shù)值測(cè)定方式較為復(fù)雜，需要利用專業(yè)設(shè)備，可以根據(jù)膨脹土試樣的壓縮減壓試驗(yàn)方法獲得膨脹指數(shù)CS與無壓膨脹試驗(yàn)所測(cè)空隙比變化△e的估算公式如下：logPe=△e/CS，雖然這樣的方式估算的數(shù)值較為粗略，但是可以有效的去除實(shí)測(cè)膨脹力試驗(yàn)帶來的不便，可以滿足實(shí)際工程應(yīng)用需求。

5 土方試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)

在已用膨脹土改良實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)方法，對(duì)不同參石量的膨脹土石灰改良方案進(jìn)行分析，可以得知，膨脹土中摻入石灰之后其內(nèi)部性能會(huì)發(fā)生一系列的物理和化學(xué)反應(yīng)，從而形成膠凝狀團(tuán)聚物，使得膨脹土內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以更加致密，不僅僅可以提高路基的抗剪強(qiáng)度和7天飽和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，還可以降低土質(zhì)膨縮性，其改良方案可操性較高。此外采用兩種抽氣飽和試樣方法進(jìn)行壓縮模量和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試，可以得出試樣含水率高低對(duì)路基的壓實(shí)效果也有顯著的影響。

結(jié)語

通過對(duì)膨脹土路基填料土工試驗(yàn)方法進(jìn)行科學(xué)的分析及使用成效探討，可以為膨脹土工程的設(shè)計(jì)與質(zhì)量檢測(cè)工作提供理論依據(jù)，因此，需要不斷完善試驗(yàn)方法，簡化操作步驟，提高試驗(yàn)結(jié)果的可靠性與實(shí)操性，為膨脹土工程施工奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]武慧霞.淺談膨脹土路基填料的土工試驗(yàn)技術(shù)[J].中國科技投資，2013（33）：293-293.