多雨地區(qū)砂類低液限黏土路基填料改良試驗方案研究

劉杰

摘要：為了改善多雨地區(qū)砂類低液限黏土難以壓實，成型后的路基容易產(chǎn)生松散和潰散等問題，分別采用物理改良和化學(xué)改良的方式對路基填料進(jìn)行改良，經(jīng)過研究，用碎石改良比用水泥改良的效果更好，碎石摻量為30%的碎石改良土各方面指標(biāo)均較為良好，使用此摻量改良后的路基具有強(qiáng)度高、變形小等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：砂類低液限黏、路基、碎石改良、水泥改良

1概況

本研究路段位于四川省宜賓市境內(nèi)，長江零公里處，路基填料主要為級配不良砂（低液限黏土），據(jù)路線所在縣氣象局記錄資料顯示，平均相對濕度81～83%;雨季為5～9月，雨量占年平均雨量的76.4%，7～8月多暴雨;平均最低降雨量794～886.4mm，最高年降雨量1303.6～1597.9mm;最大暴雨強(qiáng)度為115mm，24小時最大降雨量為315.2 mm，最大月降雨量為433.4mm。由此可見，該地區(qū)年平均雨量較大，路基填料一般具有較高的天然含水率，經(jīng)現(xiàn)場試驗，現(xiàn)場實測壓實度無法達(dá)到96%的要求，且由于雨水浸泡、沖刷，已成型路基容易產(chǎn)生松散等問題。因此根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，結(jié)合填料本身的物理性質(zhì)采取措施對原有填料進(jìn)行改良，使其滿足路基填料的基本要求，并能使成型路基的壓實度達(dá)到要求，具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2 改良方案及改良材料室內(nèi)試驗

2.1 天然土試驗

天然土的性能試驗按《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40-2007）的規(guī)定進(jìn)行，實測技術(shù)指標(biāo)詳見表1。

由檢測結(jié)果可知，天然土的性能指標(biāo)滿足路基填料的要求。經(jīng)現(xiàn)場碾壓，壓實度始終無法達(dá)到96%，初步分析是由于天然土中的砂含量過高，級配不良導(dǎo)致的，因此，需要采取一定的措施對天然土進(jìn)行改良，使成型后的路基滿足要求。

2.2 水泥改良

水泥改良按性質(zhì)分類屬于化學(xué)改良，其作用機(jī)理為：將水泥按一定比例加入土中后，水泥中的礦物成分會與土中的水發(fā)生水化反應(yīng)，生成Ca（OH）2和其他水化物，水泥水化后會逐漸硬化，形成早期水泥土的骨架，改善土的級配組成，隨著水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行，水泥水化后的產(chǎn)物會與土顆粒相互粘結(jié)，粘結(jié)后的產(chǎn)物會極大的改善土的力學(xué)性質(zhì)，使水泥土具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

參考該地區(qū)類似施工技術(shù)經(jīng)驗，選擇普通硅酸鹽水泥P·O42.5作為水泥改良土的外摻料，分別選擇3%、5%、7%的水泥摻量做室內(nèi)擊實試驗，根據(jù)不同水泥劑量及相應(yīng)的最佳含水量、最大干密度以及設(shè)計壓實度98.0%，計算成型一個試件所需混合料，室內(nèi)按干混合料質(zhì)量計算各種材料用量進(jìn)行拌制成型無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，在溫度20±2℃，濕度≥95%條件下養(yǎng)生6天，浸水1天后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗，試驗結(jié)果詳情見表2。從水泥土的室內(nèi)試驗結(jié)果可知，摻入水泥改良后的土的基本性質(zhì)符合路基填料的基本要求。

2.3 碎石改良

水泥改良按性質(zhì)分類屬于物理類改良，碎石摻入原土中能改善其性能的原因在于：一方面碎石本身具有較好的力學(xué)性質(zhì)，其體積穩(wěn)定性也比天然土好;另一方面，碎石摻入天然土后作為骨架，使改良后的土的級配良好，增加了碎石和土顆粒間的摩擦力，以便能碾壓得更加密實。

本次研究分別選擇碎石摻入量為10%、20%、30%的改良土作為研究對象，并根據(jù)不同的摻量分別做了室內(nèi)擊實試驗，得到如下結(jié)果：當(dāng)碎石摻量為10%時，改良土的最佳含水率為11.3%，最大干密度為1.95 g/cm3;當(dāng)碎石摻量為20%時，改良土的最佳含水率為10.0%，最大干密度為1.99 g/cm3;當(dāng)碎石摻量為10%時，改良土的最佳含水率為8.3%，最大干密度為2.09 g/cm3。

3 改良土現(xiàn)場試驗

3.1 水泥改良土

由水泥改良土的室內(nèi)試驗可知，水泥摻量為3%、5%和7%的水泥改良土的基本性質(zhì)都滿足路基填料的技術(shù)要求，但是水泥摻量為3%的改良土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不高，且成型的擊實試件穩(wěn)定性一般;水泥摻量為7%改良土雖然各方面性能都比較好，但也要考慮經(jīng)濟(jì)效益，故水泥改良土的水泥摻量最終選擇5%。

由于土的天然含水率較大，故將原土取好后晾曬至室內(nèi)擊實試驗得到的最佳含水率計算后的水泥改良土的含水率，然后加入比例為5%的水泥進(jìn)行拌和，根據(jù)事先準(zhǔn)備好的標(biāo)準(zhǔn)滴定曲線檢查拌和質(zhì)量，待拌和均勻后進(jìn)行碾壓。碾壓由26t和22t壓路機(jī)組合碾壓，碾壓順序由兩側(cè)后中間，先靜壓后弱振，再強(qiáng)振再靜壓收光的碾壓程序。碾壓輪寬按1/2疊加碾壓，碾壓速度控制在4km/h。根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗考慮，一般填方路基組合碾壓8遍即可達(dá)到壓實度96%的要求。因此將試驗段分為3個區(qū)域分別碾壓4、6、8遍。并由試驗人員對三個區(qū)的壓實度進(jìn)行檢測。實測壓實度分別為：93.1%、94.2%、94.5%，對應(yīng)的含水率分別為：10.1 %、9.9%、9.8%。由此可見，水泥改良土仍難以達(dá)到壓實度96%的要求，且經(jīng)現(xiàn)場觀察，水泥改良土壓實后的表面存在許多塊狀裂縫，仍存在雨水浸泡損害的可能性。綜上所述，用水泥改良砂類低液限黏土的效果并不理想。

3.2 碎石改良土

由于在附近地區(qū)沒有用碎石改良類似土質(zhì)的相關(guān)研究，無法確定最佳碎石摻量，故將碎石摻量為10%、20%和30%的改良土分別進(jìn)行現(xiàn)場試驗，通過對現(xiàn)場試驗結(jié)果的分析獲得合適的碎石摻量。

與水泥改良土相同，由于土的天然含水率較大，故原土需要晾曬;與水泥改良土不同的是需要先將取好后的土樣與碎石拌和均勻后再晾曬至室內(nèi)擊實試驗得到的最佳含水率，然后開始碾壓。經(jīng)現(xiàn)場測試，當(dāng)碎石摻量為10%時，改良土的實測壓實度為95.0%，對應(yīng)的含水率為11.9%;當(dāng)碎石摻量為20%時，改良土的實測壓實度為97.1%，對應(yīng)的含水率為10.2%，壓實度滿足96%的要求，故繼續(xù)彎沉試驗，經(jīng)檢測，碾壓后的彎沉值為190（0.01mm），滿足本路段設(shè)計彎沉值210（0.01mm），但碾壓后表面有明顯的碾壓輪跡;當(dāng)碎石摻量為30%時，改良土的實測壓實度為98.6%，對應(yīng)的含水率為8.2%，壓實度滿足96%的要求，繼續(xù)彎沉試驗，經(jīng)檢測，碾壓后的彎沉值為106（0.01mm），滿足本路段設(shè)計彎沉值210（0.01mm），且碾壓后的表面平整，無明顯碾壓輪跡。明顯可以看出，碎石摻量為30%時的碎石改良土碾壓后的各項性能指標(biāo)較好。

4 結(jié)論

（1）綜合兩種針對砂類低液限黏土的改良方式，碎石改良比水泥改良的效果更為明顯。（2）推薦碎石摻量30%為砂類低液限黏土的最佳改良摻量，在此摻量下的碎石改良土各方面指標(biāo)均滿足要求，且有較好的外觀完整性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉道斌.I類紅砂巖路基的固化改良研究[J].建材世界，2010，31.

[2]姚忠陽.湖區(qū)不良路基填料改良處置技術(shù)[J].湖南交通科技，2007，33.

[3]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50145-2007）[S]，中國計劃出版社，2008.

[4]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路土工試驗規(guī)程（JTG E40-2007）[S]，人民交通出版社，2007.

（作者單位：中鐵四局集團(tuán)有限公司重慶分公司）