周靈，張敏，譚超，廖忠林

滇中高液限紅黏土用于高邊坡加筋土填料的改良方法研究

周靈，張敏，譚超，廖忠林

（四川省地質(zhì)工程勘察院集團有限公司，成都 610072）

本文基于云南安寧市一大型成品油站場場地加筋土高填方邊坡項目，在原設(shè)計方案碾壓試驗的基礎(chǔ)上，通過對原方案進行優(yōu)化，改良土性；并對改良方案進行綜合對比試驗和分析，提出了一種技術(shù)可靠、經(jīng)濟有效、施工簡便的改良處置方案，為高液限紅黏土填筑加筋土擋墻處置填方高邊坡提供技術(shù)參考，為今后該類工程實施提供借鑒。

高液限紅黏土；加筋土邊坡；改良；翻曬；摻拌；壓實度

1 工程概況

1.1 研究區(qū)地形地貌

工程區(qū)位于云南省安寧市，場區(qū)整體坡度4°～9°，局部存在3～4級陡坡，地面標高1900～2000m，高差100m，屬構(gòu)造剝蝕低中山地貌。紅黏土廣泛分布，厚度變化大，局部缺失或大于50m。白云巖風化殘積紅黏土及全風化白云巖是本場地填料主要來源。

1.2 加筋土高邊坡的特征

圖1 加筋土邊坡地形變化剖面圖

場地土石方調(diào)配為移挖作填，內(nèi)側(cè)罐區(qū)場地利用挖方料填筑成型，為保證內(nèi)側(cè)罐區(qū)回填邊坡的穩(wěn)定，在外側(cè)坡體采用加筋土邊坡作為支護體（高德發(fā)和郭金國，2016）。將形成30m高人工填筑邊坡（圖1），回填坡率為1∶1，筋帶采用PET1300 和PET860型。筋帶最大長度28m，最小長度20m。兩道有紡土工布間設(shè)計厚度50cm，分兩層碾壓，每層壓實后厚度25cm（圖2）。控制填料含水率op±2%，壓實系數(shù)不小于0.94，壓實后地面平整，高差不大于10cm。在距坡面1.5m內(nèi)應(yīng)用小型震動碾壓機械碾壓，小型震動碾總質(zhì)量不大于10KN，壓實度應(yīng)達到0.93以上。原設(shè)計加筋土坡體填料利用挖方料摻拌40%碎石分層碾壓回填。

2 高液限紅黏土的物理力學指標及特性

2.1 土樣采集及實驗測試

紅黏土試樣取自勘察鉆孔原狀土樣，現(xiàn)場采取原狀土樣79組，采用鋁盒封閉密封保存，按照《土工試驗方法標準》（GB/T50123-2019），送實驗室測試物理力學特性。

2.2 紅黏土的物理力學指標

據(jù)現(xiàn)場勘探取樣測試，場地內(nèi)的紅黏土為原生紅黏土，由白云巖風化殘積加坡積形成，其從地表而下至基巖面，具有典型的上硬下軟特征，其中硬塑、可塑狀態(tài)紅黏土占主導地位。通過詳勘對現(xiàn)場紅黏土的試驗統(tǒng)計，其物理指標見表1。

圖2 加筋土邊坡填筑后的形狀

2.3 紅黏土的工程特性

根據(jù)表1數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實際，該場地紅黏土具有以下特點：①天然含水率高，液塑限高，土中水分在正常情況下不易溢出，不易壓實；②自由膨脹率最大值為38%，具有弱膨脹潛勢，計算得出Ir＜I′r，浸水特性類別Ⅱ類，即土體風干失水收縮后復浸水膨脹，土體的膨脹率不能恢復到原位；③透水性差，毛細現(xiàn)象顯著，親水性強，浸水后能較長時間保持水分，孔隙率大，干密度小，可壓實性差（孔令偉和陳正漢，2012；符必昌等，2013；劉振波和趙春宏，2005）。

表1 　紅黏土的基本物理性質(zhì)指標

3 改良方案設(shè)計與試驗方法

3.1 原方案試驗結(jié)果

原設(shè)計方案：紅黏土與碎石按質(zhì)量比6∶4摻拌，碎石粒徑2～5cm，攤鋪厚度35cm，分層壓實厚度25cm。通過室內(nèi)擊實試驗，獲得最大干密度ρd=1.92g/cm3，最佳含水率ｗ=12.4%。

現(xiàn)場碾壓試驗選用自重22t光面輪振動碾，根據(jù)工效經(jīng)驗，先靜壓兩遍，后振動碾壓2～6遍，碾速控制在4km/h，單遍各取3個試樣分別測定含水率及壓實度，取樣位置為層厚的2/3處，現(xiàn)場試驗采用挖坑灌砂法。壓實度與含水率、碾壓遍數(shù)曲線關(guān)系如圖3。

圖3 含水率和碾壓遍數(shù)與壓實度的關(guān)系

試驗表明：紅黏土摻和40%碎石的混合料壓實度無法滿足設(shè)計要求。混合料含水率偏高，隨著碾壓遍數(shù)增加，含水率趨于平緩，很難降至最佳含水量附近；碾壓后試驗段表面紅黏土為主，碎石成分占比很小，碎石被包裹在紅黏土中，未起到骨架支撐作用（周世良等，2003）。

3.2 改良方案

改良方案在確保摻入碎石量40%基礎(chǔ)上進行，通過對混合料進行翻曬、混合料中摻入不同比例水泥、增摻碎石比例三種方案進行優(yōu)化（羅斌和趙雄，2009；吳立堅等，2003；羅志強，2004；劉龍武等，2002）。

（1）對混合料進行翻曬，攤鋪厚度30cm，每4小時翻拌一次。所用混合料的含水率接近最佳含水率+3%范圍內(nèi)時進行碾壓試驗。

（2）采用普通硅酸鹽水泥P.O 32.5作為摻拌料，按質(zhì)量比水泥：混合料為6%、8%、10%等3種配比試驗。

（3）按質(zhì)量比碎石：混合料為50%、55%、60%、65%等4種配比試驗，即在原設(shè)計基礎(chǔ)上增摻10%、15%、20%、25%碎石。

4 改良方案試驗結(jié)果及分析

4.1 翻曬工藝處理混合料

（1）對天然紅黏土進行連續(xù)7天翻曬，其含水率測試結(jié)果見圖4?？紤]到天氣因素及工期要求，在第4天對混合料進行碾壓試驗，壓實度與含水率、碾壓遍數(shù)曲線關(guān)系如圖5。

圖4 含水率與翻曬天數(shù)和溫度的關(guān)系

圖5 含水率和碾壓遍數(shù)與壓實度的關(guān)系

（2）試驗結(jié)果顯示，混合料的初始平均含水率在34.9%，平均氣溫23度，充足日照下進行翻曬，含水率平均每天降低1.46%?；旌狭虾式抵?5%左右，壓實度可達到設(shè)計要求的0.93。

4.2 摻拌水泥改良

（1）考慮到施工快速性及施工工效，在混合料中摻入不同比例的水泥（6%、8%、10%），攪拌充分后直接進行碾壓試驗，碾壓遍數(shù)按7遍進行，壓實度與含水率、碾壓遍數(shù)曲線關(guān)系如圖6。

圖6 含水率和碾壓遍數(shù)與壓實度的關(guān)系

圖7 含水率和碾壓遍數(shù)與壓實度的關(guān)系

（2）試驗結(jié)果：壓實系數(shù)隨著水泥摻比的增加成正向趨勢上升，當水泥摻比達到10%時，混合料的含水率降低非常明顯，當含水率降至14%時，碾壓遍數(shù)達到7遍即可獲得93%的壓實度。

4.3 增摻碎石改良

（1）在混合料中增摻10%、15%、20%、25%比例碎石，即土石質(zhì)量比分別為5∶5、4.5∶5.5、4∶6、3.5∶6.5，碾壓7遍，壓實度與含水率、碾壓遍數(shù)曲線關(guān)系如圖7。

（2）試驗結(jié)果：碎石摻比小于55%時，壓實度在碾壓6遍達到峰值，混合料為懸浮-密實結(jié)構(gòu)；當碎石摻比大于55%時，混合料形成密實結(jié)構(gòu)，隨著碾壓次數(shù)增加，碎石間緊密接觸，由細顆粒黏土充填密實，土體強度和密實度顯著提高，壓實度在第6遍碾壓后即可達到93%壓實度。

4.4 改良方案選取

通過場地需求面積、天氣影響、環(huán)境影響、質(zhì)量控制、工期、成本六個方面對三種改良方案的對比，方案對比表如表2（查旭東等，2011；葉瓊瑤和陶海燕，2007；孫向楠和薛偉，2005）。

由表2可知，綜合確定增摻25%比例碎石做為首選方案。

表2 三種改良方案綜合對比表

5 改良方案的邊坡穩(wěn)定性分析

原設(shè)計采用挖方紅黏土摻拌40%碎石重量的參數(shù)建立力學模型進行計算，采用Slide軟件進行穩(wěn)定性計算和規(guī)范推薦的簡化Bishop法進行計算評價，計算搜索的滑移面均未出現(xiàn)在加筋土邊坡內(nèi)部，加筋土坡體外側(cè)搜索的滑移面計算所得穩(wěn)定性系數(shù)最小值1.392，滿足規(guī)范要求；原設(shè)計摻拌料經(jīng)過進一步改良后，粘聚力和內(nèi)摩擦角參數(shù)改良提高，力學模型搜索后，加筋土邊坡穩(wěn)定性系數(shù)提高，均處于穩(wěn)定狀態(tài)（蔣志琳等，2020；李雙江等，2020）。

6 結(jié)論及討論

在原方案基礎(chǔ)上，通過多種改良方法試驗，得到以下結(jié)論：

（1）采用翻曬工藝，日照充足下，含水率降低均率在1.46%/天，平均翻曬4天后摻拌40%碎石，可獲得93%壓實度，翻曬天數(shù)應(yīng)按6天考慮。

（2）對混合料摻拌6%～10%水泥改良，摻拌達10%改良性突出，混合料含水率降低至14%左右，碾壓6遍即可獲得93%壓實度。

（3）對混合料增摻10%～25%碎石改良，隨著碎石摻比增大，有效降低細粒配比，改變混合料結(jié)構(gòu)。摻拌碎石達到65%時，可較易獲得較高密實度，碾壓6遍可保證93%的壓實度。

（4）應(yīng)用人工填筑邊坡高30m，屬邊坡規(guī)范要求特殊類、需采用動態(tài)設(shè)計。

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Study on the Improvement Method of High Liquid Limit Red Clay Used as Reinforcement Soil Filler for High Slope

ZHOU Ling ZHANG Min TAN Chao LIAO Zhong-lin

(Sichuan Geological Engineering Survey Institute Group Co., LTD., Chengdu 610072)

This paper take the reinforced soil high fill slope project of a large oil product station in Anning City, Yunnan Provinceas the research object, based on the rolling test of the original design scheme, the original scheme was optimized to improve the soil property. Based on the comprehensive comparative test and analysis of the improvement scheme, this paper forward a technical reliable, economic and effective, simple construction of the improvement scheme.The results provide technical reference for filling reinforced soil retaining wall with high liquid limit red clay, and reference for the implementation of such projects in the future.

high liquid limit red clay; reinforced soil slope; improvement; ted; mix; degree of compaction

P642.1

A

1006-0995（2022）04-0709-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.032

2021-11-17

周靈（1983— ），男，浙江江山人，高級工程師，研究方向：水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和工程地質(zhì)勘查和設(shè)計，巖土工程施工管理