碎石改良高液限土的特性試驗研究

中圖分類號：U416.214文獻標(biāo)識碼：ADOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.013

文章編號：1673-4874（2025）01-0046-04

0 引言

高液限土是指液限 550% 的細粒土，其在我國氣候潮濕多雨的南方地區(qū)廣泛分布，具有高液限、高塑性指數(shù)、高天然含水率、施工壓實難度大、水穩(wěn)定性差等特點，在路基填筑中，如對其不加處理直接利用，極易導(dǎo)致路基沉降、邊坡失穩(wěn)、路面破壞等工程問題[1-2]。因此，需基于工程對高液限土填料的要求，對高液限土進行改良處治。

國內(nèi)外學(xué)者已對高液限土的改良技術(shù)開展了大量的研究工作，工程中普遍應(yīng)用包括摻加石灰、水泥等化學(xué)改良技術(shù)和摻加砂、碎石等物理改良技術(shù)。趙勇等[3]通過研究發(fā)現(xiàn)采用石灰能有效穩(wěn)定高液限土，使改良后的高液限土的強度及水穩(wěn)定性得到有效提高；楊和平等[4]研究了不同劑量的石灰處治瀏醴高速公路高液限土的強度變化規(guī)律與物理力學(xué)性質(zhì)；龔標(biāo)研究了水泥改良海南玄武巖殘積高液限土的路用性能；陳衛(wèi)平等基于益馬高速公路高液限土，研究了不同水泥摻量下高液限土的路用特性和工后沉降規(guī)律；蔣久明等[7-8]通過研究發(fā)現(xiàn)使用砂礫、碎石等粒料對高液限土進行改良，能夠提高高液限土的水穩(wěn)定性及承載力；徐淑亮9通過觀測砂礫改良高液限土試件的細觀結(jié)構(gòu)，從砂礫摻量和砂礫級配兩個方面研究了其回彈模量提升機制。

然而，由于高液限土存在過濕結(jié)團的特性[，摻加石灰、水泥等固化劑雖在室內(nèi)試驗可行，但現(xiàn)場拌和卻十分困難，影響改良效果。摻加砂礫、碎石等材料是最有效且經(jīng)濟的改良方案。此外，高液限土存在明顯的地域性特點，目前對湖南寧化地區(qū)高液限土改良處治技術(shù)的研究較少。因此，本文采用碎石對湖南寧化地區(qū)高液限土進行改良處治，通過系統(tǒng)的路用特性室內(nèi)試驗明確了不同碎石摻量下的改良效果，并通過現(xiàn)場試驗段，檢驗了碎石改良高液限土的施工可行性和實際效果。

1試驗土樣

試驗土樣取自湖南寧化地區(qū)某高速公路斷面右側(cè)400m處，取土深度為 ，按照《公路土工試驗規(guī)程》（JTG3430一2020）對試驗土樣的基本物理性質(zhì)指標(biāo)進行了測試，試驗結(jié)果見表1。由表1可知，土樣液限達70. 4% ，細粒組土粒質(zhì)量為59. 4% ，根據(jù)規(guī)范中的分類標(biāo)準(zhǔn)，該土樣屬于典型的高液限土。

2碎石改良土室內(nèi)路用特性試驗

2.1 試驗方案

試驗采用的碎石粒徑為 ，碎石摻量設(shè)置為10% 0%15%.2 20% 和 30% 四種（質(zhì)量比），即配合比（碎石質(zhì)量：干土質(zhì)量）分別為 $1：9、15：85、2：8$ 和 3：7 。試驗項目包括高液限土和碎石改良高液限土的擊實試驗和CBR試驗，研究其最大干密度、最佳含水率和CBR值等指標(biāo)的變化規(guī)律。

2.2 擊實試驗結(jié)果

素土和摻 10% 、 15%.20% 和 30% 碎石改良高液限土的擊實試驗結(jié)果見圖1。由圖1可知，改良高液限土的擊實曲線形態(tài)與素土類似，均為單峰狀，存在最大值。隨著碎石含量的增加，擊實曲線逐漸向左上方移動，壓實干密度隨碎石的增加而增大，而最優(yōu)含水率隨碎石含量的增加而減小。摻碎石改良直接改變了高液限土的物質(zhì)組成，即增大了粗粒土含量，從而達到了改善高液限土物理力學(xué)性質(zhì)的目的。其壓實空間大致可劃分為高液限土區(qū)和碎石區(qū)兩個部分，當(dāng)碎石石量較小時，改良土的特性基本表現(xiàn)為土的性質(zhì)，當(dāng)碎石石量較大時則表現(xiàn)為碎石的性質(zhì)。已有研究表明[11-12]，當(dāng)碎石含量為 50% ～70% 時，干密度最大，當(dāng)碎石含量 570% 時，改良高液限土的擊實曲線形態(tài)接近于無黏性土，不存在明顯的最大干密度和最優(yōu)含水率，其干密度相對于 70% 含石量工況有大幅下降，難以達到較高水平的壓實效果。

最大干密度、最佳含水率與碎石含量的關(guān)系曲線如圖2所示。從圖2可以看出，隨著碎石含量的提高，最大干密度呈線性遞增，最佳含水率則相應(yīng)降低。這種現(xiàn)象與改良高液限土的細觀結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)。當(dāng)碎石含量較小時，改良高液限土為懸浮一密實結(jié)構(gòu)，碎石之間因不能互相接觸而懸浮在土中，因此未能起到骨架作用，對土體的強度及水穩(wěn)性影響較小，對改善紅黏土干縮裂縫的作用有限。隨著碎石含量的繼續(xù)增加，碎石之間相互嵌擠，同時碎石間的空隙由細粒土完全填充，形成骨架密實結(jié)構(gòu)，密實度進一步提高，土的收縮性顯著降低。當(dāng)碎石與土的配合比超過骨架密實結(jié)構(gòu)的界限，細粒土無法完全填充碎石之間的空隙，即形成骨架空隙結(jié)構(gòu)，其物理力學(xué)性質(zhì)應(yīng)按碎石填料考慮。

2.3CBR試驗結(jié)果

碎石改良高液限土的CBR試驗結(jié)果見表2。從表2可以看出，在重型擊實標(biāo)準(zhǔn)下各碎石摻量的改良土均能滿足路床填料CBR值 gt;8 的強度要求。

注： 10% 摻量試件的土樣和之前擊實試驗土樣相同， 15% 20%.30% 摻量試件的土為相同取土場的另一次取土，后一次的土樣在粗顆粒含量方面較前次土樣明顯降低

當(dāng)碎石摻量為 10% 時，碎石改良高液限土CBR強度明顯大于其他摻量的改良土，線膨脹率小于其他幾組改良土。其原因是制備該組試件的填料土的差別， 10% 摻量采用的填料土粗顆粒含量明顯大于后三組摻量的填料土。因此當(dāng)碎石摻量 lt;30% 時，碎石改良高液限土的CBR強度主要取決于填料土的強度。

從 15%20%.30% 摻量的CBR值來看，在相同擊實功下，CBR值隨著碎石摻量的增加并沒有明顯的提高，其原因在于，根據(jù)此時的碎石摻量，改良土仍處于懸浮密實型結(jié)構(gòu)形式，此時碎石未互相嵌擠形成骨架結(jié)構(gòu)，對改良土的強度沒有太大的影響。因此碎石摻量 時，碎石摻量的提高對改良土強度的影響不明顯。

3碎石改良高液限土現(xiàn)場碾壓試驗

3.1 試驗方案

試驗采用的碎石規(guī)格為 ，試驗段碎石摻量按 0%、20%、30% （質(zhì)量比）設(shè)置，每種碎石摻量的試驗段長度為 ，寬度為路基全幅寬度，松鋪厚度為25c m. 壓路機碾壓遍數(shù)按照靜壓1遍 + 振壓1遍、靜壓1遍 + 振壓3遍、靜壓1遍 + 振壓5遍進行。松鋪填料翻拌均勻后取樣進行篩分試驗。每碾壓作業(yè)2遍進行1次壓實度檢測，壓實度采用灌砂法進行現(xiàn)場檢測，每個配合比段落檢測4個點。

3.2壓實度檢測結(jié)果

不同碎石摻量路段壓實度檢測結(jié)果見表3至表5。從表3至表5可以看出，大部分點位在碾壓 遍后，壓實度gt; 100% ，其主要原因是由于翻拌深度不夠，表層 cm改良土的實際碎石摻量大于計劃摻量，因此仍按計劃摻量的最大干密度計算就會造成壓實度 gt;100% 的結(jié)果。碎石改良高液限土的最大優(yōu)勢是可以減少路基的收縮裂縫。從試驗段完成后15d的現(xiàn)場調(diào)查看，裂縫的發(fā)生較填土段落明顯減少。期間經(jīng)歷2d下雨，在重車行駛車道范圍沒有明顯車轍，裂縫較少，在未行車范圍主要有部分縱向裂縫發(fā)生，寬度為 ，這與翻拌、碾壓作業(yè)均為縱向有關(guān)。

3.3顆粒分析試驗結(jié)果

對不同摻量碎石改良土灌砂法試坑中的試樣進行顆粒分析試驗，試驗結(jié)果見表6。由于現(xiàn)場翻拌不均勻及碾壓對粒徑 gt;2 mm的土顆粒的破碎作用，摻配碎石后現(xiàn)場粗顆粒含量（粒徑 仍無法 gt;70% ，一般在 。

從碎石改良高液限土現(xiàn)場試驗結(jié)果及現(xiàn)場翻拌設(shè)備的作業(yè)效果來看，翻拌深度在15cm左右，因此松鋪厚度為20cm較合適，如果松鋪厚度為 25c m ，應(yīng)考慮選用四驛犁及大型旋耕機，使翻拌深度 gt;20c m 。本次現(xiàn)場試驗的填料粗顆粒含量（粒徑 為 填料CBR強度滿足路床填料強度要求，但由于填料土質(zhì)不均勻，因此很難按照粗顆粒含量控制現(xiàn)場碎石摻量。比較現(xiàn)場壓實效果及經(jīng)濟性，碎石摻量在 時就已經(jīng)能夠達到減少收縮裂縫，提高水穩(wěn)強度的目的。

4結(jié)語

（1）最大干密度、最佳含水率與碎石摻量表現(xiàn)為良好的線性相關(guān)，隨著碎石含量的提高，最大干密度呈線性遞增，最佳含水率則相應(yīng)降低，根據(jù)此相關(guān)性可以確定不同碎石摻量改良土的最大干密度或者通過現(xiàn)場檢測干密度估算改良土中的碎石摻量。

（2）采用碎石能有效穩(wěn)定高液限土，使改良后的高液限土的CBR強度和水穩(wěn)性提高，收縮裂縫減少。對于試驗土樣，綜合考慮改良效果和經(jīng)濟效益，碎石最佳摻量為 。

（3）素土粗顆粒含量、碎石摻量、拌和均勻程度對碎石改良土強度影響顯著?，F(xiàn)場施工時應(yīng)配備有效的翻拌設(shè)備，選取合適的松鋪厚度，以達到最佳的改良處治效果。

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