楊建華，唐錫彬，王 強(qiáng)

(貴州電力設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng)550001)

在典型的喀斯特地貌區(qū)，高液限紅粘土分布于較純的碳酸鹽巖(主要為白云巖、灰?guī)r)地區(qū)，且無(wú)泥巖、頁(yè)巖混雜的地層地帶。據(jù)本人所作多個(gè)巖土工程條件類同的工程取樣試驗(yàn)(化驗(yàn))資料揭示，高液限紅粘土礦物成份主要為朦脫石，其含量大于80%，具有強(qiáng)親水性、高含水量、高孔隙率、低密實(shí)度特性。

據(jù)試驗(yàn)資料分析，該類土孔隙比一般大于1.0;壓縮系數(shù)一般為0.3 MPa－1以下，最小可達(dá) 0.03 MPa－1;內(nèi)聚力高值可達(dá)110～130 kPa，相應(yīng)內(nèi)摩擦角為37°～40°。具有弱－中脹縮性，自由膨脹率一般為30% ～40%，在50 kPa壓力下，膨脹率多呈負(fù)值，而體縮率和線縮率則分別達(dá)10% ～15%和1.3% ～3.3%，縮大于脹。而工程應(yīng)用上一般不考慮膨脹率，其收縮率大、固結(jié)穩(wěn)定的時(shí)間很長(zhǎng)是引起不良工程問(wèn)題的主要原因。本文提出應(yīng)用按一定比例摻和粗粒料并提高壓實(shí)功等級(jí)，可縮減粘土的固結(jié)時(shí)間，增加紅粘土的壓實(shí)度，提高地基處理質(zhì)量。

1 高液限紅粘土的不良工程特性

在高液限紅粘土區(qū)域，一般紅粘土表面為上硬下軟的分布性質(zhì)，從上到下性狀呈現(xiàn)出堅(jiān)硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑狀的“反均衡剖面”特征。在地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，其不良工程特性主要表現(xiàn)為軟土、土洞、地面塌陷、脹縮性破壞。

1.1 軟土

軟土是高液限紅粘土地基中常見(jiàn)的一種不良工程地質(zhì)現(xiàn)象，分布于峰林、孤峰平原區(qū)及河谷兩岸的溶溝溶槽中，是一種在接近完全封閉還原環(huán)境條件下，由原來(lái)的紅粘土經(jīng)地下水長(zhǎng)期溶濾浸泡而形成的次生紅粘土。溶溝溶槽中的軟土在天然狀態(tài)下其含水量大于液限含水量，呈現(xiàn)軟～流塑狀;壓縮系數(shù)大多高于0.05 MPa;力學(xué)強(qiáng)度極低，內(nèi)聚力很小。軟土厚度一般為2～3 m，埋深則較淺，一般為5～8 m，其中不少為位于一般建筑物的持力層范圍內(nèi)，對(duì)建筑物的穩(wěn)定性影響較大，不宜直接作為建(構(gòu))筑物地基基礎(chǔ)持力層，否則應(yīng)對(duì)其作地基處理。

1.2 地面塌陷

高液限紅粘土地基中的土洞較發(fā)育，與地下水力特性和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。洞徑發(fā)育規(guī)模一般，洞徑集中多在10～50 cm之間，且主要發(fā)育于巖土交界面上。土洞改變了地基土的應(yīng)力狀態(tài)，而且還改變了地基土的介質(zhì)結(jié)構(gòu)，為地基土的變形破壞乃至引發(fā)地面塌陷提供了空間場(chǎng)所。在自然或人為條件下，地表下土洞的頂板突然發(fā)生失穩(wěn)陷落便形成地面塌陷。

1.3 紅粘土地基的脹縮性破壞

測(cè)試發(fā)現(xiàn)如“引言”中所述，紅粘土普遍具有弱膨脹性，自由膨脹率一般在20% ～30%，在50 kPa荷載作用下，膨脹率有相當(dāng)部分顯示出多呈負(fù)值。但比較而言，體縮率則較大，約有63%的土樣體縮率大于10%，最大者可達(dá)28%。剖面上，紅粘土脹縮具有下層較上層大的特點(diǎn)。

1.4 難排水、難固結(jié)穩(wěn)定

高液限紅粘土顆粒極小，主要為粘粒，有混少量粉粒，土體結(jié)構(gòu)呈致密狀，層狀構(gòu)造，保水性能好，滲透性小，固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致了高液限紅粘土難排水、難固結(jié)穩(wěn)定的不利工程特性質(zhì)。

2 改良高液限紅粘土的處理方案

現(xiàn)場(chǎng)采取計(jì)劃用于回填土試樣，摻予不同比例粗粒料(碎石)作擊實(shí)試驗(yàn)分析，用擊錘以不同擊實(shí)功對(duì)擊實(shí)筒內(nèi)的粗粒料含量不同的填料進(jìn)行夯實(shí)，從而使粘性土填料達(dá)到不同的擊實(shí)程度。通過(guò)試驗(yàn)，一方面可以得到擊實(shí)功與填料擊實(shí)程度之間的關(guān)系，同時(shí)也可得出外摻粗粒料對(duì)擊實(shí)程度的影響規(guī)律，從而為回填土料紅粘土現(xiàn)場(chǎng)碾壓質(zhì)量控制提供理論依據(jù)。

本人所做某電廠工程，按設(shè)計(jì)場(chǎng)平條件，場(chǎng)地挖填方量較大且多為高液限紅粘土，而設(shè)計(jì)方案采用的是挖填方就地平衡處理措施。經(jīng)取樣試驗(yàn)，該紅粘土液限均大于80%，天然含水率49% ～60%，均為硬塑狀，試驗(yàn)成果見(jiàn)表1。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其自然特性不能滿足工程回填土料壓實(shí)要求。為此，為了充分利用挖方土料并確保滿足工程要求，特設(shè)計(jì)以下試驗(yàn)。

試驗(yàn)分別采用輕、超重型擊實(shí)試驗(yàn)設(shè)備:擊實(shí)筒內(nèi)徑1 512 cm，高12 cm，筒容積2 177 cm3。擊錘錘底直徑5 cm，錘質(zhì)量415 kg，擊實(shí)錘落高45 cm。試樣制備:依照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ051－93)的干土法(土不重復(fù)使用)進(jìn)行試樣制備。試驗(yàn)時(shí)將擊實(shí)筒放在剛性基礎(chǔ)上，取制備好的試樣分3次倒入筒內(nèi)。然后整平表面，并稍加壓緊，然后按規(guī)定分3次對(duì)筒內(nèi)的試樣進(jìn)行擊實(shí)。擊完后測(cè)試樣含水量w，密度ρ，并計(jì)算干密度ρd。干密度按下式計(jì)算:

式中:ρd為擊實(shí)后試樣的干密度(g·cm－3);ρ為擊實(shí)后試樣的密度(g·cm－3);w為擊實(shí)后試樣的含水量(%)。

根據(jù)回填土的性質(zhì)，結(jié)合本場(chǎng)地紅粘土特征，特采用碎石，規(guī)格＜100 mm，所用高液限紅粘土的含水率控制在最佳含水率±5%范圍內(nèi)，碎石摻量按15%、30%、45%、50%和55%五種摻配率(質(zhì)量比)設(shè)計(jì)擊實(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)成果表見(jiàn)表2。

表1 碎石與擊實(shí)功對(duì)高液限紅粘土的影響

表2 高液限紅粘土常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)分析判斷

純自然高液限紅粘土，采用輕型擊實(shí)試驗(yàn)(擊實(shí)功:592.2 kJ·m－3(98擊))在最大干密度及最優(yōu)含水率條件下，其壓實(shí)度為71.3，不能滿足工程回填地基要求，且最大干密度隨著擊實(shí)功增加而增大，可趨于一個(gè)穩(wěn)定值，所以純場(chǎng)地自然高液紅粘性土不宜作為場(chǎng)地平場(chǎng)、建(構(gòu))筑物地基回填土填料。試驗(yàn)揭示，對(duì)于含不同比例粗粒料的高液限紅粘土，當(dāng)采用輕型變動(dòng)時(shí)，粘性土的干密度變化較大，相應(yīng)的土石比為100∶0;而采用超重型擊實(shí)試驗(yàn)，在相應(yīng)最大干密度及最優(yōu)含水率條件下，其壓實(shí)度均能達(dá)到工程要求，但最經(jīng)濟(jì)的擊實(shí)功為2 680 kJ·m－3(98擊)、摻和粗粒料土石比當(dāng)擊實(shí)功改用重型的含粗粒料粘性土的最大干密度趨于穩(wěn)定，此時(shí)對(duì)應(yīng)的土石比為7∶3。

2.2 摻和碎石對(duì)高液限紅粘土影響機(jī)理分析

當(dāng)碎石(粒徑＜100 mm)摻入高液限紅粘土中時(shí)，不同的摻配量可形成三種結(jié)構(gòu):懸浮結(jié)構(gòu)、懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)和密實(shí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)碎石摻配率＜30% 時(shí)，混合料以細(xì)粒為主，粒徑較大的碎石之間沒(méi)有接觸，就像懸浮在細(xì)粒之中，不能起到骨架作用，只為包裹體形式存在，碎石的摻入對(duì)提高土體強(qiáng)度和抗裂性能貢獻(xiàn)較小。隨著碎石摻配率的增大(30% ～50%)，細(xì)粒比例的減小，粒徑較大的碎石之間開始接觸，形成骨架，土體強(qiáng)度和密實(shí)度便提高，收縮性減小，形成懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)碎石摻配率大于50%時(shí)，細(xì)粒含量進(jìn)一步減小，碎石之間緊密接觸，粒料骨架完整，粒徑較大的碎石之間的空隙由細(xì)顆粒填充密實(shí)，土體強(qiáng)度和密實(shí)度顯著提高，同時(shí)收縮性顯著降低，形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。

此外，隨著碎石與土的比例增加，土體裂縫寬度逐漸變細(xì)，板塊整體性效果也逐漸變好，說(shuō)明粗粒料的加入，粘土的粒間連接，得到了加強(qiáng)，土體抗裂性能得到了提高。因此，通過(guò)摻碎石的辦法，還可以有效地預(yù)防回填地基地表出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，進(jìn)而提高回填土體地表的整體穩(wěn)定性和整體強(qiáng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)高液限紅粘土回填材料的改良，可采取同時(shí)增加擊實(shí)功和摻和碎石。在摻和碎石的條件下，達(dá)到96%的壓實(shí)度時(shí)，一定程度可減少單位擊實(shí)功的功率;提高擊實(shí)功，在達(dá)到96%的壓實(shí)度時(shí)，也可減少摻和的碎石用量。

(2)對(duì)于高液限紅粘土(液限＞80%)，可選擇摻和30%的碎石，擊實(shí)功選擇2 680 kJ·m－3，一般可以達(dá)到96%的壓實(shí)度，實(shí)現(xiàn)了工程中充分利用真正把高液限紅粘土的目的變?yōu)榭捎眯械幕靥畈牧稀?/p>

(3)提高摻和碎石與土體的比例并增大擊實(shí)功，不僅可以對(duì)提高高液限紅粘土的壓實(shí)度有很好的效果，而且可以增強(qiáng)回填土地基地表穩(wěn)定性及整體強(qiáng)度，但摻和碎石比例及擊實(shí)功的強(qiáng)度需要試驗(yàn)確定。

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