廣西高液限土路基填料試驗研究

零建威 駱俊暉 劉先林

摘要：高液限土物理力學(xué)性質(zhì)很差，在公路建設(shè)過程中易引起路基的不均勻沉降、路面裂縫、路基邊坡塌坊等病害。為研究高液限土作為路基填料時易出現(xiàn)的工程問題，文章分析了高液限土干濕交替過程中的擴張和壓縮變形及強度變化情況，并對高液限土進行了一系列室內(nèi)測試。結(jié)果表明，高液限土具備高液限、高塑性指數(shù)特征，從而導(dǎo)致土體的變形很大、強度降低、CBR值偏小，因而不能直接作為路基填料，需要對其進行改良處治。

關(guān)鍵詞：路基填料;高液限土;干濕循環(huán);收縮性;CBR試驗

0 引言

兩廣地區(qū)是高液限土分布最為廣闊的地區(qū)，在高速公路建設(shè)和建成使用期間，已有不同的路段發(fā)生多起高液限土導(dǎo)致的不均勻沉降變形病害。高液限土物理力學(xué)性質(zhì)很差，具體表現(xiàn)為高液限、高塑性指數(shù)、原始含水率高;施工過程中難以壓實;失水收縮，變形較大，水穩(wěn)定性較差[1]。由于高液限土留存著以上不良性質(zhì)，在公路建設(shè)過程中，如果處治不妥，則會導(dǎo)致路基的不均勻毀壞，伴隨著使用過程中車輛的動荷載以及旱季雨季地表地下水位發(fā)生改變，使路基填土的飽和率發(fā)生周期性變化。高液限土具備著很強的親水性，其含水率的反復(fù)變化會引起土體體積的反復(fù)脹縮，使土體內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，結(jié)構(gòu)遭到破壞，最終導(dǎo)致土體強度降低，出現(xiàn)路面縫隙、路基邊坡塌坊等病害[2]。當(dāng)高等級公路出現(xiàn)此類病害以后，就會影響到公路的正常使用。研究切實可行的病害治理方法，對于延長公路壽命和節(jié)約經(jīng)濟成本有著重要的意義[3]。

本項目針對高液限土作為路基填料時易出現(xiàn)的工程問題，主要進行以下兩個方面的研究：高液限土改良方法研究，高液限土和改進土的干濕交替后其變形和強度特性的變化規(guī)律研究，并分析其變形和強度特性的變化對路基的影響，在此基礎(chǔ)上聯(lián)合病害調(diào)查資料研究高液限土路基病害產(chǎn)生的機理。

1 高液限土的基本物理力學(xué)性質(zhì)

對高液限土的基本物理力學(xué)性質(zhì)主要實行了顆粒分析測試、擊實測試、膨脹性測試、快剪和CBR測試。測試按《公路土工測試規(guī)程》（JTGE40-2007）相關(guān)規(guī)定進行。

高液限土的基本物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見下頁表1、表2。測試所用土樣的細粒容量為89.6%，黏粒容量為18.1%，液限為69.8%，塑限為33.0%，為高液限黏土（CH）。

2 高液限土干濕交替過程中的擴張和壓縮變形

干濕交替測試使用面積為30cm2、高為2cm的環(huán)刀樣式進行。一次干濕交替測試分成進水膨脹和出水收縮兩個過程。

進水膨脹過程為：首先將樣品浸水飽和，慢慢將水位升至淹沒試樣頂為止，等試樣膨脹平穩(wěn)后取測試樣高度。出水收縮過程為：把浸水飽和后的試樣風(fēng)干至其飽和度為70%時量測試樣的高度[4]。

高液限土的膨脹率隨交替次數(shù)的變化關(guān)系如圖1及表3所示。

從膨脹率隨干濕交替次數(shù)關(guān)系曲線能看出，高液限土的絕對膨脹率為10.5%，且經(jīng)過6次干濕交替后絕對膨脹率基本趨于不變;從相對膨脹率和干濕交替次數(shù)關(guān)系曲線能看出，前3次干濕交替過程中，相對膨脹率增大，以后隨著干濕交替次數(shù)的增長，相對膨脹率下降。這說明前3次飽和風(fēng)干過程對土體結(jié)構(gòu)影響很大，而隨著交替次數(shù)的持續(xù)增長，土體結(jié)構(gòu)趨于破壞。

根據(jù)高液限土樣品每次飽和與風(fēng)干的情況可知：第1次干濕交替，試樣飽和后，土體試樣表面出現(xiàn)輕微的隆起，風(fēng)干后試樣少許收縮，與環(huán)刀內(nèi)壁出現(xiàn)縫隙;第3次干濕交替后，試樣因膨脹而導(dǎo)致表面裂隙繼續(xù)發(fā)展，表層膨脹突出環(huán)刀的部分出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，一些開裂土塊脫離試樣;第6次干濕交替后，試樣破損嚴(yán)重，試樣基本從環(huán)刀脫落[5]。

3 高液限土干濕交替過程中的強度變化

試樣制備和測試方法：將風(fēng)干土用膠皮擊碎以后，過2mm篩，稱取一定質(zhì)量的水，均勻噴灑于干土中拌和均勻，養(yǎng)護一晝夜備用。此時濕土的容水率約為最優(yōu)容水率，所添加的水的質(zhì)量按照式（1）進行計算。

把養(yǎng)護一晝夜的土樣，按照97%的壓實度采用靜壓法壓制成環(huán)刀試樣，環(huán)刀的尺寸為直徑61.8mm，高度為20mm[6]。試樣經(jīng)過0～6次干濕交替后進行快剪測試，測試結(jié)果如表4、圖2～5所示。

從表4和圖2～5可以表明，高液限土的抗剪強度參數(shù)隨著交替次數(shù)的增長而下降。經(jīng)過6次干濕交替后，相比于未經(jīng)過交替的試樣，粘聚力降低約47.3%，摩擦角減小約43.5%。其中：0～3次干濕交替過程，粘聚力降低約33.3%，摩擦角減小22.6%;3～6次干濕交替過程，粘聚力相對降低約14.0%，摩擦角相對減小約21.0%。

4 擊實及CBR測試

4.1 擊實試驗

進行室內(nèi)重型擊實測試研究改進土的壓實性，測試設(shè)計為高液限土測試。試樣的制備方法為：（1）拿風(fēng)干土樣用膠皮錘粉碎，然后過5mm篩;（2）測量風(fēng)干土的含水率;（3）將土樣按照每2.5kg一袋分成21袋，每7袋一組，分成三組;（4）稱取不同質(zhì)量的水噴灑于2.5kg高液限土中并拌和均勻，使得7份土的含水率從低到高依次相差2%，大致分布于估算最佳容水率附近。將拌和好的土樣進行養(yǎng)護一夜備用。

4.2 CBR測試

承載比CBR值是一種評定土基抗壓能力的指標(biāo)，抗壓能力以原料抵制部分荷載壓入變形為特征，并采取高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為規(guī)范，以它們的相對比率表示CBR值。即：

通過試驗獲得最大干密度，按照97%的壓實度，用千斤頂靜壓法成樣。試樣制好后，放在地下室裸露在空氣中養(yǎng)護7d、28d。

主要測試步驟如下：把試樣固定在帶有調(diào)試桿的多透水板上，再加上荷載板;將試件放入水槽，安設(shè)百分表，取百分表初讀數(shù);向水槽內(nèi)倒水，使水面高于試件頂面約25mm，浸泡4d;記錄末讀數(shù)，計算膨脹量;從水槽內(nèi)拿出試件，倒去里面的水，取去多孔板和荷載板，晾置約10min;稱量試件浸水后的質(zhì)量后進行貫入測試。

最終測試結(jié)果得到高液限土的CBR=6.1%。

5 結(jié)語

（1）高液限土的基本物理力學(xué)性細粒容量為89.6%，黏粒容量為18.1%，液限為69.8%，塑限為33.0%，為高液限黏土（CH）。由膨脹率試驗得出絕對膨脹率為10.5%，且經(jīng)過6次干濕交替后絕對膨脹率基本趨于不變。前3次干濕交替過程，相對膨脹率增大，以后隨著干濕交替次數(shù)的增長，相對膨脹率下降，而隨著交替次數(shù)的持續(xù)增長，土體結(jié)構(gòu)趨于破壞。

（2）抗剪強度參數(shù)隨著交替次數(shù)的增長而下降，經(jīng)過6次干濕交替后，相比于未經(jīng)過交替的試樣，粘聚力降低約47.3%，摩擦角減小約43.5%。其中0～3次干濕交替過程，粘聚力降低約33.3%，摩擦角減小22.6%;3～6次干濕交替過程，粘聚力相對降低約14.0%，摩擦角相對減小約21.0%。CBR試驗得出CBR為6.1%。

（3）通過基本物理性質(zhì)測試和水穩(wěn)定性測試可以得出，高液限土具備高液限、高塑性指數(shù)的特征，從而導(dǎo)致土的水穩(wěn)定性較差，隨著容水量的變化土體的變形很大，強度降低，CBR值偏小，因而不能直接作為路基填料，需要對其進行改良處治。

參考文獻：

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[5]宋 軍，柳厚祥，張起森，等.康耐改善高液限土工程特性的測試研究[J].長沙交通學(xué)院學(xué)報，2004，20（3）：38-42.

[6]李 振.高液限土填筑路基的處理技術(shù)[J].公路交通技術(shù)，2005（1）：14-16.