益馬高速高液限土水泥改良處治及工后沉降分析

陳衛(wèi)平， 陳麗萍， 夏玲

(湖南華罡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410114)

較弱的物理力學(xué)性能及浸水后的不穩(wěn)定特性決定了高液限土不能簡(jiǎn)單地在工程中運(yùn)用，尤其是作為路基處理時(shí)需進(jìn)行改良處理。高液限土處治方法較多，如段凱對(duì)衡邵(衡陽(yáng)—邵陽(yáng))高速公路高液限土進(jìn)行石灰、水泥和砂礫改良，3類改良方法均得到了較好的改良效果；劉旭采用水泥對(duì)湖南某高速公路高液限土進(jìn)行改良，改良后強(qiáng)度、CBR值、壓縮性等指標(biāo)均得到改善。盡管高液限土處治技術(shù)已運(yùn)用多年，但高液限土不良地質(zhì)問(wèn)題等并未得到徹底解決，諸多改良方法仍建立在經(jīng)驗(yàn)之上，相關(guān)理論分析及驗(yàn)證較片面，未形成體系，尤其是對(duì)高液限土路基設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析還存在不足，需綜合進(jìn)行理論及實(shí)踐研究。

湖南益馬(益陽(yáng)—馬跡塘)高速公路所屬區(qū)域存在大量高液限土，該地區(qū)的高液限土具有弱膨脹性、透水性差、吸水后保水性強(qiáng)的特點(diǎn)，不適合采用翻曬除水?？紤]到施工原因，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)高液限土的現(xiàn)場(chǎng)換填處理，需采用改良技術(shù)進(jìn)行處治。該文以該項(xiàng)目為工程背景，基于高液限土處治技術(shù)研究現(xiàn)狀，研究水泥改良高液限土處治技術(shù)。

1 試驗(yàn)?zāi)康暮头桨?/h2>

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

益馬高速公路第二合同段主要位于桃江縣桃江鎮(zhèn)內(nèi)，起于桃江縣桃江鎮(zhèn)崆峒村K11+178，終于桃江縣浮邱山鄉(xiāng)西峰寺村K25+600，全長(zhǎng)約14.422 km。受地區(qū)地理位置及氣候條件影響，該路段存在大量高液限土。以其中某標(biāo)段高液限土為原材料，以該路段高液限土滿足路基填料為目標(biāo)，摻入水泥進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)最佳摻料比例、最佳含水率及最大干密度進(jìn)行研究。

1.2 試驗(yàn)方案

以土體含水率及水泥(325R)摻量為研究變量，其中含水率設(shè)為12%、14%、16%、18%、20%，水泥摻量設(shè)為4%、5%、6%，分別進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

(1) 擊實(shí)試驗(yàn)方案。以“干土法”制作12%、14%、16%、18%、20% 5種含水率土樣，以5 kg為一份打包并燜至少36 h。將燜好的樣本分別摻入4%、5%、6%水泥，隨即進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)試不同含水率下最佳含水率及最大干密度。

(2) 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方案。以“干土法”制成最佳含水率附近的土樣，每樣5 kg，打包并燜至少36 h。取燜好的土樣分別摻入4%、5%、6%的水泥，按照壓實(shí)度94%、96%制作試件，在標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)7 d，觀測(cè)試件基本參數(shù)(外表、高度、質(zhì)量)。然后置于水中，水面高出試件2.5 cm，采用試驗(yàn)儀器進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)試不同壓實(shí)度下無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)。

由于水泥與高液限土中的水分子會(huì)發(fā)生水化、結(jié)塊反應(yīng)，故在摻入水泥后立即進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)壓實(shí)度為94%、96%的樣本進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，驗(yàn)證水泥改良后的高液限土是否可用于94、96區(qū)路基填筑。為節(jié)約時(shí)間，采用“干土法”制作不同含水率的土樣。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)

擊實(shí)方法：采用重型擊實(shí)Ⅱ法，每層擊數(shù)98次，筒容積2 150 cm3。各土樣擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1～3，不同水泥摻量下改良土的最佳含水率和最大干密度見(jiàn)表1。

圖1 摻4%水泥土樣含水率與干密度的關(guān)系

圖2 摻5%水泥土樣含水率與干密度的關(guān)系

圖3 摻6%水泥土樣含水率與干密度的關(guān)系

表1 不同水泥摻量下土樣最佳含水率和最大干密度

由表1可知：高液限土摻入4%、5%、6%水泥改良后，其最佳含水率分別為13.06%、14.08%、16.12%，最大干密度分別為1.78、1.81、1.80 g/cm3。

2.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

按照J(rèn)TG E51-2015《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》，根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)所得最佳含水率和最大干密度，采用靜壓法分別制作4%、5%、6%水泥摻量下壓實(shí)度為94%、96%的水泥改良高液限土試件進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試件尺寸為φ50 mm(直徑)×50 mm(高度)。

(1) 摻4%水泥改良土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。最佳含水率為13.06%；水泥∶水∶土=1∶3.33∶25；最大干密度為1.78 g/cm3；設(shè)計(jì)強(qiáng)度為0.8 MPa；壓實(shí)度為94%、96%。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同壓實(shí)度下?lián)?%水泥改良土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

(2) 摻5%水泥改良土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。最佳含水率為14.08%；水泥∶水∶土=1∶2.91∶20；最大干密度為1.81 g/cm3；設(shè)計(jì)強(qiáng)度為0.8 MPa；壓實(shí)度為94%、96%。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

(3) 摻6%水泥改良土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。最佳含水率為16.12%；水泥∶水∶土=1∶2.76∶16.67；最大干密度為1.80 g/cm3；設(shè)計(jì)強(qiáng)度為0.8 MPa；壓實(shí)度為94%、96%。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

(4) 試驗(yàn)結(jié)果分析。4%、5%水泥摻量下，浸水養(yǎng)護(hù)過(guò)程中質(zhì)量損失超過(guò)規(guī)范要求，評(píng)定土樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不合格；6%水泥摻量下，壓實(shí)度94%、96%分別適用于94區(qū)路基、96區(qū)下路床各區(qū)路基填筑。

表3 不同壓實(shí)度下?lián)?%水泥改良土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表4 不同壓實(shí)度下?lián)?%水泥改良土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)段工后沉降分析

為評(píng)價(jià)該路段高液限土處治技術(shù)，選擇K19+400—K20+600段進(jìn)行水泥改良處治試驗(yàn)。試驗(yàn)段位置為路床，試驗(yàn)段長(zhǎng)度為200 m、寬度為12 m、厚度為80 cm，水泥摻量為6%。在試驗(yàn)段設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，選取路線中點(diǎn)、邊點(diǎn)進(jìn)行水泥處治后工后沉降觀測(cè)。表5為中線1#、2#、3#測(cè)點(diǎn)的沉降觀測(cè)值。以該路段某處正常土質(zhì)路基沉降進(jìn)行對(duì)比分析。

表5 摻量為6%時(shí)不同時(shí)間下累計(jì)沉降觀測(cè)結(jié)果

由表5可知：水泥摻量為6%的高液限改良土的沉降在60 d后基本穩(wěn)定，水泥改良土的沉降值相對(duì)于正常土質(zhì)路基沉降值明顯偏小。采用水泥處治高液限土的效果較理想，最佳水泥摻量為6%。

4 結(jié)論

(1) 高液限土摻入4%、5%、6%水泥改良后，其最佳含水率分別為13.06%、14.08%、16.12%，最大干密度分別為1.78、1.81、1.80 g/cm3。

(2) 摻6%水泥時(shí)，以最佳含水率16.12%、最大干密度1.80 g/cm3作為控制指標(biāo)，壓實(shí)度94%、96%分別適用于94區(qū)路基、96區(qū)下路床各區(qū)路基填筑。摻4%、5%水泥時(shí)，高液限改良土浸水養(yǎng)護(hù)過(guò)程中質(zhì)量損失超過(guò)規(guī)范要求，土樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不合格。

(3) 6%水泥改良高液限土的工后沉降在60 d后基本達(dá)到穩(wěn)定，最終沉降值顯著小于正常土質(zhì)路基沉降值，水泥處治高液限土的最佳摻量為6%。