不良路基填料改良技術(shù)試驗(yàn)研究

夏婷婷

(中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司，河北 唐山 064000)

1 概 述

蒲都高速項(xiàng)目路基大部分處于川西平原冰水堆積土層，由于冰水堆積土經(jīng)受長(zhǎng)期的侵蝕、沖刷、沉積，致使冰水堆積土具有一定的分選性、成層性，在棱角性和級(jí)配方面，土粒與河砂相似，顆粒均勻，棱角性較差而級(jí)配不良，決定了冰水堆積土不是路基工程的理想填料，土體的天然含水率普遍較高，難以被壓實(shí)，因此，必須采取改良措施才能獲得足夠的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

對(duì)天然土樣進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)、液塑限試驗(yàn)、顆粒篩分試驗(yàn)，對(duì)摻灰土樣進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)、液塑限試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)。對(duì)比分析摻灰前后各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)的改變情況，并針對(duì)過(guò)濕冰水堆積土的施工，提出合理、有效的改良技術(shù)方案。首先，對(duì)各個(gè)取樣樁位的土樣、全部樁位等比例混合后的標(biāo)準(zhǔn)土樣分別進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)、液塑限試驗(yàn)及擊實(shí)試驗(yàn)，以研究天然土樣的粒徑組成、吸水及壓實(shí)性能，然后，將土樣含水率調(diào)配至既定的數(shù)值(10%、15%、20%、25%、30%)，并按比例摻入生石灰(4%、6%、8%)，以分析不同生石灰摻量對(duì)不同含水率土樣的改良效果，包括壓實(shí)性能等[1]。

3 室內(nèi)試驗(yàn)

3.1 現(xiàn)場(chǎng)取樣

選取代表性土樣，以使試驗(yàn)結(jié)果能夠較好地符合實(shí)際情況，更加有效地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.2 天然土試驗(yàn)

3.2.1 天然含水率測(cè)定

土樣取回后，立即進(jìn)行天然含水率測(cè)定，以使所測(cè)定得到的數(shù)據(jù)與土樣天然含水率相近。6個(gè)樁位所取土樣實(shí)測(cè)天然含水率見(jiàn)表1。

表1 天 然 含 水 率

6種土樣的天然含水率均較高，都在20%以上，含水率過(guò)高致使路基壓實(shí)施工不能獲得較好的壓實(shí)度。

3.2.2 混合土樣制備

現(xiàn)場(chǎng)取得的6種土樣等比例混合，以四分法稱(chēng)取足量土樣進(jìn)行顆粒篩分試驗(yàn)，并開(kāi)展液塑限試驗(yàn)及擊實(shí)試驗(yàn)，接著按比例摻入生石灰以進(jìn)行摻灰土試驗(yàn)，包括擊實(shí)試驗(yàn)和CBR試驗(yàn)。依據(jù)試驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，加以分析，進(jìn)而指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)摻灰壓實(shí)施工。

3.2.3 顆粒篩分

首先將各樁號(hào)土樣烘干一部分，之后用四分法取出2～3kg烘干土樣，稱(chēng)量土樣質(zhì)量后將土樣浸泡一夜，進(jìn)行土工篩分試驗(yàn)[2]，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 顆粒篩分結(jié)果

通過(guò)對(duì)7種代表性土樣特性的研究，得到了7條級(jí)配曲線，從而獲得西部地區(qū)冰水堆積土級(jí)配上下限，從以上數(shù)據(jù)可以知道，本次試驗(yàn)所用混合土樣的顆粒級(jí)配處于前期研究得出的范圍內(nèi)，仍然含有大量的細(xì)顆粒。

3.2.4 天然土液塑限試驗(yàn)

取各樁號(hào)粒徑在0.5mm以下土樣1000g以上，用四分法取200g試樣三份，加水調(diào)配至適宜含水率，調(diào)配好后，置于密閉容器中悶土18h，然后進(jìn)行液塑限試驗(yàn)[3]，相應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 液塑限聯(lián)合測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果

由以上數(shù)據(jù)可以知道，本次試驗(yàn)選取的混合土樣的液限為38.6，塑限為23.5，塑性指數(shù)為15.1，說(shuō)明該混合土仍是具備較大塑性的細(xì)粒土。

3.2.5 天然土擊實(shí)試驗(yàn)

將等比例混合土中按比例加入水，調(diào)配至既定含水率，置于容器中悶土18h，以使試樣含水率更加均勻，悶土完成后進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 天然土擊實(shí)結(jié)果

3.2.6 天然土CBR試驗(yàn)

將混合土含水率調(diào)至最佳含水率13%左右，進(jìn)行天然土的強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 天然土CBR值

由以上數(shù)據(jù)可知，天然混合土在其最佳含水率附近的CBR值為13左右，強(qiáng)度能夠達(dá)到高速公路填土要求。然而，天然土樣最佳含水率低于14%，與天然含水率相差較大，土樣在較高含水率的條件下，強(qiáng)度不能達(dá)到路用要求。CBR試驗(yàn)中其他參數(shù)見(jiàn)表6。

表6 CBR試驗(yàn)中其他參數(shù)

天然土樣的干密度、膨脹率和壓實(shí)度隨著擊實(shí)功的增加而增加，吸水量因擊實(shí)功的增大而減小。

3.3 摻灰土試驗(yàn)

在選取出的代表土樣中摻入生石灰，進(jìn)行擊實(shí)、CBR試驗(yàn)，以獲得土樣在不同含水率的條件下，生石灰對(duì)土樣的壓實(shí)度強(qiáng)度的改良效果[4]，以壓實(shí)度為主要指標(biāo)，得出最佳含水率與天然含水率差值和摻灰量之間的關(guān)系曲線，從而指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.3.1 擊實(shí)試驗(yàn)

不同摻灰比(0、4%、6%、8%)的灰土最大干密度和最佳含水率見(jiàn)表7，最大干密度和最佳含水率與不同摻灰比的關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。

表7 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

圖1 最大干密度與最佳含水率隨摻灰量變化關(guān)系曲線

數(shù)據(jù)表明：土樣最大干密度隨摻灰量增加而減??；土樣最佳含水率隨摻灰比的增加而上升。最佳含水率升高，表明生石灰提高了土樣的水穩(wěn)定性。

3.3.2 CBR試驗(yàn)

將天然土樣按比例摻入生石灰，并調(diào)配至既定含水率，開(kāi)展摻灰土強(qiáng)度研究[5]。選取每層50擊作為代表值，以反映不同含水率、摻灰量條件下，土樣的強(qiáng)度、壓實(shí)度等指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 摻灰土CBR值

數(shù)據(jù)表明，土樣的CBR值隨土樣含水率的增加呈現(xiàn)出先增加達(dá)到峰值，繼而下降的趨勢(shì)，從圖1大致可知，不同摻灰量的土樣都在含水率在15%～20%之間達(dá)到峰值(見(jiàn)表9)。

表9 摻灰土CBR試驗(yàn)中其他參數(shù)

通過(guò)上述試驗(yàn)得出結(jié)果：土樣膨脹率隨著土樣含水率的增加而降低，隨著摻灰量的增加而降低；試件壓實(shí)度隨著土樣含水率的增加，呈現(xiàn)出先增加達(dá)到峰值后減小的趨勢(shì)，隨著摻灰量的增加總體也呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì)；試件在浸水后的吸水量，隨著土樣含水率增加而顯著降低，同時(shí)，隨著摻灰量的增加也有一定的減少。

4 試驗(yàn)結(jié)果與討論

通過(guò)研究土樣在摻入生石灰前后各項(xiàng)指標(biāo)(以含水率為主)的變化，來(lái)構(gòu)建生石灰摻入量與土樣天然含水率、最佳含水率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出：第一，混合土樣的最佳含水率在摻入生石灰后，由于生石灰的多種化學(xué)作用，使土樣的最佳含水率得以提高。其中，摻灰比從0到4%增加時(shí)，最佳含水率增加1.3%左右。其后，摻灰比每增加2%，最佳含水率增大1%左右。第二，摻入生石灰后，土樣的最佳含水率得以提升，同時(shí)，生石灰的天然含水率也得到一定程度的降低，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，生石灰對(duì)土樣含水率降低的效果，隨著土樣含水率的增加而增強(qiáng)，土樣含水率在30%以上時(shí)，生石灰的降水效果較好，達(dá)到1.5%以上。

綜合上述分析，以壓實(shí)度為主要指標(biāo)，建立土樣天然含水率與最佳含水率差值與壓實(shí)度之間的關(guān)系曲線，隨著土樣中生石灰量的增加，土樣的壓實(shí)度得以提高。壓實(shí)度與含水率差值關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 壓實(shí)度與含水率差值關(guān)系曲線

5 主要結(jié)論

采用代表性工點(diǎn)取樣，按照比例摻配得到的混合土具有很好的工程代表性?；旌贤列再|(zhì)處于前述研究得出結(jié)論的范圍中，能夠作為代表土樣，得出的結(jié)論也具備較強(qiáng)的代表性?；旌贤翗拥募?jí)配曲線，處于研究得出的上下限之間，液塑限及塑性指數(shù)與前述實(shí)驗(yàn)采用土樣相近，最佳含水率附近CBR值滿(mǎn)足要求，但土體天然含水率遠(yuǎn)高于最佳含水率，因而極難壓實(shí)，基于此，混合土樣能夠滿(mǎn)足研究需求，具備良好的代表性。摻生石灰前后，土樣的各項(xiàng)指標(biāo)變化巨大，土樣的性質(zhì)得到了明顯的改善。摻灰前土樣的強(qiáng)度很低，并且難以壓實(shí)，摻灰后，土樣的強(qiáng)度得到了極大的提高，提高超過(guò)10倍；摻灰后，土樣的天然含水率得到了不同程度的降低，并且，隨著含水率的升高，減水量也增加，對(duì)于高含水率土樣的減水效果更佳；土樣的最佳含水率也隨著摻灰量的增加而提高，并且摻灰量每增加1%，最佳含水率提高約1%；摻灰后，在含水率較高時(shí)，土樣仍具備較好的可壓實(shí)性，在擊實(shí)試驗(yàn)中能夠獲得較好的密實(shí)度。

試驗(yàn)中，土樣壓實(shí)度隨著含水率差值的增加而呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，并且摻灰量的增加也能帶來(lái)一定幅度的壓實(shí)度提升，因而，土樣的改良存在著最優(yōu)的摻灰比例。試驗(yàn)得到了含水率差值與壓實(shí)度之間的關(guān)系曲線，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土樣含水率及路基填筑要求的壓實(shí)度，通過(guò)查表獲得土樣的最佳改良摻灰比。整體上，8%摻灰比土樣優(yōu)于4%及6%的摻灰土樣，施工時(shí)可綜合考慮工程造價(jià)等諸多因素，從而確定改良土的最優(yōu)摻灰比例。