朱 永，宗旭輝

（江蘇中設(shè)工程咨詢集團有限公司，江蘇無錫 214072）

粉質(zhì)土的土質(zhì)特性及處治方法

朱 永，宗旭輝

（江蘇中設(shè)工程咨詢集團有限公司，江蘇無錫 214072）

依托臨海高等級公路南通段的工程設(shè)計，對沿線的土樣進(jìn)行了物理狀態(tài)測試、顆料分析、液塑限分析、擊實特性試驗、膨脹性分析，及承載比（CBR）等試驗，確定了現(xiàn)場的土質(zhì)為粉粒為主的級配不良土，不能直接作為路基填料使用。對比分析了作為路基填料的幾種土質(zhì)改良方案的承載比試驗結(jié)果，及作為路面結(jié)構(gòu)底基層材料的幾種土質(zhì)改良方案的無側(cè)限抗壓試驗結(jié)果，提出了路基填料及路面結(jié)構(gòu)底基層材料的推薦方案。

公路;粉土;路基;底基層

臨海高等級公路江蘇段北接山東，經(jīng)連云港、鹽城、南通，終于南通北沿江高等級公路，通過滬崇啟通道連接上海，路線全長約526 km，采用一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。臨海高等級公路南通段處于其最南端，接近長江入?？?，全長約166 km。臨海高等級公路也是江蘇省地質(zhì)最復(fù)雜的干線公路之一。雖同為江蘇臨海地區(qū)，但連云港、鹽城、南通地質(zhì)變化很大，連云港以海淤為主，南通段則以粉土為主。

南通段臨海地區(qū)的土質(zhì)不同于沿海其它城市，也不同于內(nèi)陸的土質(zhì)。其陸地的形成是由于潮汐作用，漲潮水流快，落潮水流慢，海底泥沙在潮汐作用下不斷在海灘淤積形成。其土質(zhì)中顆粒組成較為單一，粉粒含量大大高于黏土粒及砂性土粒，為以粉粒為主的級配不良土。而且沿海很大范圍內(nèi)沒有其它優(yōu)質(zhì)土源可作為路基填料，因此，研究南通臨海區(qū)域土質(zhì)的物理力學(xué)性能，以及研究如何改良作為路基材料具有重要的意義。

針對粉土作為路基及路面底基層填料的研究成果多集中在內(nèi)陸地區(qū)，而針對南通臨海地區(qū)的粉土的研究成果很少。為此，筆者以臨海高等級公路南通段工程為依托，對沿線的粉土及改良方案進(jìn)行了系列試驗研究，以期做為臨海公路的設(shè)計依據(jù)，對同地區(qū)的其它交通及市政工程有借鑒作用。

1 原狀土的特性

為判別沿線粉土的物理及力學(xué)特性，以確定合適的處理方案，考慮取土坑取土深度的特點，土樣以表層土下方的2～1層粉質(zhì)黏土為主，也取了一處新吹填土做對比試驗。具體取土點位如表1。

表1 取土點位Table 1 Pit position

為充分了解土的各種特性，對現(xiàn)場的土樣進(jìn)行了物理狀態(tài)測試、顆料分析、液塑限分析、擊實試驗、膨脹性分析以及承載比試驗（CBR）等。

1.1 物理狀態(tài)

各處取土點土樣為黃色、灰黃色，其物理狀態(tài)指標(biāo)見表2。

表2 物理狀態(tài)指標(biāo)Table 2 Physical state index

1.2 顆粒分析

各土樣進(jìn)行了顆粒分析結(jié)果如圖1。

圖1 顆粒分析Fig.1 Grain composition diagram

試驗數(shù)據(jù)顯示，土樣顆粒組成中0.075～0.005 mm粉粒含量平均占80.0%左右，0.005 mm以下的黏粒含量平均占12.2%左右，原狀土的天然級配不能滿足不均勻系數(shù)大于等于5，和曲率系數(shù)在1～3之間的要求。因此，本項目沿線土質(zhì)屬于以粉粒為主的級配不良土。從密實理論出發(fā)，粉質(zhì)土的顆粒級配分布存在著嚴(yán)重不足，會造成成型困難，壓實度難以達(dá)到設(shè)計要求。

1.3 液塑限分析

在土的物理指標(biāo)中，塑性指數(shù)表征細(xì)粒土間的聯(lián)接強度，反映了土粒與水的相互作用程度，在一定程度上表明了土中黏粒含量和礦物成分的親水程度，是判別細(xì)粒土物理力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)。土樣液塑限分析試驗結(jié)果如圖2。

圖2 液塑限分析Fig.2 Liquid-plastic limit diagram

試驗結(jié)果可知，土樣的液限處于33.4～36.4之間，塑性指數(shù)處于11.7～14.6之間，土樣屬粉性土中的粉質(zhì)中液限黏土。

1.4 擊實特性

作為路基填筑材料，未經(jīng)過壓實的土，原狀結(jié)構(gòu)已被破壞，空隙、空洞較多，土質(zhì)不均勻，壓縮量大，強度低，抗水性能差。為了改善填土的工程性質(zhì)、提高土的強度，必須按照一定標(biāo)準(zhǔn)將土壓實，以滿足工程要求。土樣的擊實試驗可以確定工程所需要填筑的最佳含水量和最大干密度，為實際施工提供必要的參數(shù)。根據(jù)試驗列出粉質(zhì)土擊實試驗的平均值如表3。

表3 擊實試驗指標(biāo)Table 3 Compaction characteristics

1.5 加州承載比（CBR）

承載比試驗以擊實試驗得到的最大干密度和最佳含水量進(jìn)行配料，按重型擊實試驗方法進(jìn)行制樣。各土樣的承載比試驗結(jié)果如圖3。

圖3 素土加州承載比（CBR）Fig.3 California Bearing Ratio（CBR）of plain soil

試驗結(jié)果顯示素土土樣在壓實度達(dá)到96%的情況下，其CBR值也僅分布在2～4之間，最小值為2.2，低于路基設(shè)計規(guī)范中路基用土要求（一級公路，上路床路基填料最小強度CBR要求為8，下路床路基填料最小強度CBR要求為5）。

工程現(xiàn)場經(jīng)驗也表明，粉質(zhì)土作為路基填料，施工成型比較困難，土粒之間的空隙不能完全填充，實際施工中表現(xiàn)為路基壓實度很難滿足要求;粉質(zhì)土黏聚力較低，內(nèi)摩擦角較小，壓縮系數(shù)較小，不易壓縮;CBR值較低，而且分布不均勻，素土一般不能直接做為路基填料，必須進(jìn)行處治后，才能滿足一級公路的路基用土要求。

綜上，沿線土質(zhì)為中低液限粉質(zhì)黏土，原狀土粉粒含量平均80.0%，天然含水量平均26.5%，液限處于33.4% ～36.4%之間，塑性指數(shù)處于11.7% ～14.6%之間，原狀土無膨脹性，可用作路基填料。但是素土在壓實度達(dá)到96%的情況下，CBR值仍處在2～4之間，不能滿足路基設(shè)計規(guī)范中路基用土要求。用于填筑路基時，需土質(zhì)改良后方可使用。新吹填土與一般土的土質(zhì)特性無明顯差別。

2 用作路基填料的改良土的力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)素土的土質(zhì)試驗，原狀土需進(jìn)行處治后，方可用作路基填料。本次試驗研究中，考慮采用石灰穩(wěn)定處理、水泥穩(wěn)定處理和水泥石灰綜合穩(wěn)定等常用的幾個方案進(jìn)行對比試驗，以確定最佳處治方案。作為路基填料，改性土的力學(xué)指標(biāo)采用CBR值進(jìn)行評價。試驗以擊實試驗得到的最大干密度和最佳含水量配料，按重型擊實試驗方法制樣。結(jié)合常規(guī)的路基處理方案，考慮采用6%石灰處治土、3%水泥處治土、2%水泥+3%石灰綜合處治土3種改良處治方案分別進(jìn)行試驗研究。試驗結(jié)果如圖4。

圖4 路基填料加州承載比CBRFig.4 Roadbed California Bearing Ratio

試驗結(jié)果表明，采用3種方案處理后，土的強度均有明顯提高，且CBR值皆能滿足路基填料的強度要求。與采用水泥改性相比，采用石灰改性處理，降水效果更加明顯，達(dá)到最大干密度時的最佳含水量有所提高，可縮短填料翻松晾曬時間，加快施工進(jìn)度。因此，建議路床、中部填料可采用石灰處理方案。單一采用水泥改性處理，容易出現(xiàn)失水開裂，且施工控制要求較高。采用2%水泥 +3%石灰綜合穩(wěn)定的強度最高，且具有水穩(wěn)定性好的優(yōu)點;但此方案的缺點也是施工難度較大，施工控制要求較為嚴(yán)格。在進(jìn)行原地面處治時，考慮保證土的水穩(wěn)定性，以及隔離地下水的毛細(xì)作用，可考慮采用水泥處治或水泥石灰綜合處治方案。

3 作為底基層填料改良土的力學(xué)指標(biāo)

公路的底基層填料的力學(xué)指標(biāo)，一般采用7 d無側(cè)限抗壓強度進(jìn)行評價。

本次試驗研究，采用12%石灰處治土、5%水泥處治土、4%水泥+6%石灰綜合處治土3種處治方案分別進(jìn)行試驗研究，試驗結(jié)果如圖5。

圖5 底基層7 d無側(cè)限抗壓強度Fig.5 7 days unconfined compression test of subbase

根據(jù)試驗結(jié)果，采用12%石灰處治土，7 d的無側(cè)限抗壓強度普遍較低，不能滿足底基層填料的強度要求。采用5%水泥處治及4%水泥+6%石灰綜合處治后，部分土樣的強度也仍略低于底基層填料的強度要求（≥0.6 MPa），需進(jìn)一步提高外摻劑劑量。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，水泥穩(wěn)定材料的水泥劑量宜控制在5%以下，才能比較有效地控制其干縮裂縫。因此，建議底基層采用水泥石灰綜合穩(wěn)定方案，以保證底基層的強度，并有效控制其干縮裂縫的出現(xiàn)，而且在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中底基層的強度指標(biāo)宜取低值進(jìn)行計算。

4 結(jié)論

1）南通臨海地區(qū)的土質(zhì)為中低液限粉質(zhì)土，屬于以粉粒為主的級配不良土，粉質(zhì)土顆粒級配分布存在著嚴(yán)重不足，施工中會有成型困難，壓實度難以達(dá)到要求的現(xiàn)象;土質(zhì)不具膨脹性，基本符合路基填筑的用土要求;但素土在壓實度達(dá)到96%的情況下的CBR值仍僅在2～4之間，低于路基設(shè)計規(guī)范中路基土的強度要求。若采用當(dāng)?shù)胤弁磷鳛槁坊盍希柽M(jìn)行土質(zhì)改良。

2）作為路基填料，可采用常規(guī)的摻拌石灰進(jìn)行改性處理，但對最下層原地面層處治時，為保證改良土的水穩(wěn)定性，以及隔離地下水的毛細(xì)作用，可考慮采用水泥穩(wěn)定土或水泥石灰綜合穩(wěn)定土方案。

3）作為路面結(jié)構(gòu)的底基層填料時，可考慮采用強度較高且水穩(wěn)定性較好的水泥石灰綜合穩(wěn)定土，建議配合比采用4%水泥+8%石灰進(jìn)行綜合穩(wěn)定。

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Characteristics and Treatment Measures of Silt Soil

Zhu Yong，Zong Xuhui
（Jiangsu CMEC Engineering Consulting Group Co.Ltd.，Wuxi 214072，Jiangsu，China）

Based on the project design of Nantong section in Lin-Hai Highway，the physical state，grain composition，liquid-plastic limit，compaction characteristics and expandability of the soil samples along the way were analyzed，meanwhile，the California Bearing Ratio test（CBR）was carried out.The test results indicated that，the spot soil was poorly-graded silt soil，which can’t be directly used as roadbed and road subbase.Through the comparative analysis ofCBRresults of several improvement programs of soil as roadbed filler and the unconfined compression test results of different treatment methods to improve soil used as road subbase，a recommended proposal of roadbed filler and pavement structure subbase materials is put forward.

highway;silt;roadbed;subbase

U416.1

A

1674-0696（2013）02-0220-04

10.3969/j.issn.1674-0696.2013.02.11

2012-03-12;

2012-06-06

重慶市教育委員會資助項目（KJ080403）;重慶交通大學(xué)（橋梁）結(jié)構(gòu)工程重點實驗室開放基金項目（CQSLBF-Z10-1）

朱 永（1971—），男，江蘇銅山人，高級工程師，主要從事公路與城市道路的設(shè)計與科研工作。E-mail:769574688@qq.com。