熊源
摘要 文章以某公路工程為背景,對(duì)公路的水敏性軟巖開(kāi)展承載比和回彈模量試驗(yàn)。研究表明,當(dāng)含水率較低時(shí),擊實(shí)功的增加能顯著提升改良填料的壓實(shí)度和CBR值,隨著含水量的增加影響逐漸削弱。并且改良填料石灰摻入比例的提升可以提高改良填料所對(duì)應(yīng)的最佳含水率。當(dāng)填料含水率相同時(shí),提升改良填料的壓實(shí)度能提升其回彈模量,且含水率對(duì)改良填料的影響隨著其壓實(shí)度的提升而越小。該工程水敏性軟巖最合理的摻灰率為6%。
關(guān)鍵詞 公路;水敏性軟巖;CBR;回彈模量
中圖分類號(hào) U457.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949(2022)10-0166-03
0 引言
經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展帶動(dòng)了基礎(chǔ)工程的快速發(fā)展,公路因其特有的優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用。水敏性軟巖具有抗風(fēng)化能力差、遇水會(huì)有泥化現(xiàn)象的特點(diǎn),導(dǎo)致其強(qiáng)度顯著降低。因此,公路使用水敏性軟巖土進(jìn)行填筑易造成邊坡失穩(wěn)、公路不均勻沉降等問(wèn)題。因此,公路高填方路基水敏性軟巖改良土的研究逐漸成為研究熱點(diǎn)之一。
針對(duì)水敏性軟巖的性能問(wèn)題,眾多學(xué)者開(kāi)展了一系列的研究,并取得了顯著的成果。吳銘芳和范紅葉等[1-2]基于某試驗(yàn)儀器,通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段分析軟巖的基本物理特性、礦物組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等,獲得了軟巖軟化的微觀機(jī)制,并且進(jìn)一步研究了浸水作用下軟巖的物理特性。研究表明軟巖在浸水后,其強(qiáng)度迅速降低隨后緩慢減小直至趨于穩(wěn)定。劉赟君等[3]以某公路所使用的軟巖路基填料為背景,通過(guò)試驗(yàn)分析了軟巖的擊實(shí)性能、顆粒級(jí)配以及崩解特性等,系統(tǒng)研究了相關(guān)敏感參數(shù)對(duì)使用軟巖作為路基填料的公路路基的穩(wěn)定性影響。王志杰等[4]利用三軸試驗(yàn)儀器,試驗(yàn)分析在干濕循環(huán)條件下,不同動(dòng)荷載作用下泥巖的性能變化,分析了荷載幅值、荷載頻率和孔隙等因素對(duì)泥巖路基的穩(wěn)定性影響。
該文以某公路工程為背景,對(duì)公路的水敏性軟巖開(kāi)展承載比和回彈模量試驗(yàn),研究了不同條件對(duì)摻灰率、含水率等的影響。
1 工程概況
項(xiàng)目位于我國(guó)東部,連接了東部某城市和一較大的海港。港區(qū)經(jīng)濟(jì)與沿海商貿(mào)、旅游發(fā)展迅速。項(xiàng)目建成后將成為該城市通往全國(guó)的重要疏港公路,將進(jìn)一步促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,具有舉足輕重的作用。項(xiàng)目路線里程長(zhǎng)190.016 km,路線走廊總體呈東北向西南走向。該標(biāo)段起訖樁號(hào)為K45+000~K80+000,長(zhǎng)35 km。
2 試驗(yàn)方案
將該公路的水敏性軟巖在烘箱中進(jìn)行烘干并碾壓,然后將碾碎的土料倒在圓孔篩上,并用振動(dòng)儀振動(dòng)篩選。將篩選出的土料加入水制成不同含水率的試件,并在重型擊實(shí)儀中分別以35次、55次、95次的擊實(shí)數(shù)進(jìn)行擊實(shí)。
2.1 承載比特性試驗(yàn)
將試件置于多孔板上,并放置一張濾紙,同時(shí)固定試件筒和底板;倒置試件筒并放上頂板,同時(shí)加荷載塊;安裝測(cè)量裝置以測(cè)量浸水膨脹,記下初始讀數(shù);緩慢注水直至水面超過(guò)試樣頂面2.5 cm,靜置3天后記下最終讀數(shù);將試樣取出靜置25 min,隨后開(kāi)展貫入試驗(yàn)。
將試件置于強(qiáng)度測(cè)量器上,慢慢提升使得試件剛好接觸貫入桿;將顯示變形和力的計(jì)數(shù)表清零,并在貫入桿上施加荷載;以1.2 mm/min的速率下壓;每隔20 s讀出測(cè)力表讀數(shù)為貫入量,當(dāng)貫入量為10 mm時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。
按照式(1)和(2)計(jì)算承載比。貫入量為2.5 mm的承載比記為CBR2.5(%),貫入量為5 mm的承載比記為CBR5(%),p為單位壓力(kPa),7 000為貫入量為2.5 mm的標(biāo)準(zhǔn)壓力,10 500為貫入量為5 mm的標(biāo)準(zhǔn)壓力。
CBR=100p/7 000 (1)
CBR=100p/10 500 (2)
2.2 回彈模量試驗(yàn)
將試件放在材料強(qiáng)度儀上,并完全接觸貫入桿;預(yù)壓力設(shè)為最大值,分兩次下壓,每次1 min,百分表清零。
將壓力分為6級(jí),逐級(jí)加載,每級(jí)加載時(shí)長(zhǎng)1 min,且記下每級(jí)加載完的讀數(shù);同樣分6級(jí)卸載,每級(jí)卸載時(shí)長(zhǎng)1 min,且記下每級(jí)卸載完的讀數(shù)?;貜椖A繛槊考?jí)加載卸載后百分表讀數(shù)的差值。
3 試驗(yàn)結(jié)果分析
3.1 承載比特性研究
依據(jù)不同填料的摻灰率和含水率,計(jì)算其中石灰、水和土的重量,制作成不同比例的水敏性軟巖石灰改良填料。圖1依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果給出了不同擊實(shí)數(shù)下改良填料的CBR隨含水率變化的曲線,并對(duì)比了不同摻灰率的工況(擊實(shí)數(shù)為35、55、95,摻灰率分別為2%、4%、6%、8%)。圖2給出了CBR峰值隨石灰摻灰率的變化曲線。
從圖1中可以看出,在任意擊實(shí)數(shù)和任意含水率下不同摻灰率的石灰改良填料的CBR值均大于規(guī)范規(guī)定的8%的限制要求,可見(jiàn),石灰的摻入能有效改良水敏性軟巖填料的CBR值。改良填料CBR的變化規(guī)律相似:當(dāng)擊實(shí)數(shù)相同時(shí),改良填料CBR值隨著含水率先增大,當(dāng)含水率達(dá)到某一定值時(shí),CBR值達(dá)到峰值,隨著含水率的進(jìn)一步增加,CBR值迅速減小。這說(shuō)明路基填筑施工中,合理提升填料含水率,可以減少浸水后路基填料的吸水能力,從而減少因浸水導(dǎo)致的強(qiáng)度降低。但含水率不能過(guò)高,因?yàn)檫^(guò)大的提升含水率會(huì)造成CBR值減小。
從圖2中可以看出,改良填料在98擊下的 CBR峰值隨著石灰摻灰率先迅速增大,隨后增速下降并趨于穩(wěn)定。改良填料石灰摻入率為2%、4%、6%、8%條件下,對(duì)應(yīng)的CBR峰值分別為53.3%、68.9%、87.6%、91.6%?;谏鲜鲈囼?yàn)結(jié)果可知,石灰能有效改良該路基填料的CBR,最合理的摻灰率為6%。
3.2 回彈模量研究
在不同的含水率條件下,將四種不同摻灰率的石灰改良填料分別制成壓實(shí)度為93%、95%、97%的試件,對(duì)其開(kāi)展回填模量試驗(yàn)。圖3依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制了不同壓實(shí)度試件的回彈模量隨含水率的變化曲線,并對(duì)比了四種摻灰率石灰改良填料工況。從圖中可以看出,提升改良填料的壓實(shí)度會(huì)減小土顆粒間孔隙,使得填料更加密實(shí),從而提升改良填料抵抗變形的能力。因此,當(dāng)填料含水率相同時(shí),提升改良填料的壓實(shí)度能提升其回彈模量。
分析改良填料摻灰率為6%的工況,當(dāng)改良填料的壓實(shí)度為93%時(shí),初始含水率對(duì)應(yīng)的回彈模量為160 kPa,最高含水率對(duì)應(yīng)的回彈模量為127 kPa,較初始含水率降低了20.6%;當(dāng)改良填料的壓實(shí)度為95%時(shí),初始含水率對(duì)應(yīng)的回彈模量為168 kPa,最高含水率對(duì)應(yīng)的回彈模量為141 kPa,較初始含水率降低了16.1%;當(dāng)改良填料的壓實(shí)度為97%時(shí),初始含水率對(duì)應(yīng)的回彈模量為176 kPa,最高含水率對(duì)應(yīng)的回彈模量為157 kPa,較初始含水率降低了10.8%??梢?jiàn),含水率對(duì)改良填料的影響隨著壓實(shí)度的提升而越小。這表明不僅石灰改良填料的強(qiáng)度顯著提升,其水穩(wěn)定性也顯著提升。
根據(jù)圖3結(jié)果繪制不同壓實(shí)度改良填料初始含水率所對(duì)應(yīng)的回彈模量隨摻灰率的變化曲線,見(jiàn)圖4。如圖所示,回彈模量隨改良填料摻灰率的提升先增大后減小,在摻灰率為6%時(shí),回彈模量達(dá)到峰值??梢钥闯鍪夷苡行Ц牧悸坊盍系幕貜椖A浚詈侠淼膿交衣释瑯訛?%。
4 結(jié)論
(1)當(dāng)含水率較低時(shí),擊實(shí)功的增加能顯著提升改良填料的壓實(shí)度和CBR值,隨著含水量的增加,這種影響逐漸削弱。并且改良填料石灰摻入比例的提升可以提高改良填料所對(duì)應(yīng)的最佳含水率。
(2)當(dāng)填料含水率相同時(shí),提升改良填料的壓實(shí)度能提升其回彈模量。且含水率對(duì)改良填料的影響隨著其壓實(shí)度的提升而越小。
(3)該工程水敏性軟巖最合理的摻灰率為6%,能最有效地改良該路基填料的CBR值和回彈模量。
參考文獻(xiàn)
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