楊建華，唐錫彬，王 強

(貴州電力設計研究院，貴州 貴陽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)，且無泥巖、頁巖混雜的地層地帶。據(jù)本人所作多個巖土工程條件類同的工程取樣試驗(化驗)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%，具有強親水性、高含水量、高孔隙率、低密實度特性。

據(jù)試驗資料分析，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 0.03 MPa－1;內(nèi)聚力高值可達110～130 kPa，相應內(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，膨脹率多呈負值，而體縮率和線縮率則分別達10% ～15%和1.3% ～3.3%，縮大于脹。而工程應用上一般不考慮膨脹率，其收縮率大、固結(jié)穩(wěn)定的時間很長是引起不良工程問題的主要原因。本文提出應用按一定比例摻和粗粒料并提高壓實功等級，可縮減粘土的固結(jié)時間，增加紅粘土的壓實度，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，由原來的紅粘土經(jīng)地下水長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;力學強度極低，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)，對建筑物的穩(wěn)定性影響較大，不宜直接作為建(構)筑物地基基礎持力層，否則應對其作地基處理。

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動狀態(tài)有關。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力狀態(tài)，而且還改變了地基土的介質(zhì)結(jié)構，為地基土的變形破壞乃至引發(fā)地面塌陷提供了空間場所。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，膨脹率有相當部分顯示出多呈負值。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28%。剖面上，紅粘土脹縮具有下層較上層大的特點。

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)構呈致密狀，層狀構造，保水性能好，滲透性小，固結(jié)時間長，導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)場采取計劃用于回填土試樣，摻予不同比例粗粒料(碎石)作擊實試驗分析，用擊錘以不同擊實功對擊實筒內(nèi)的粗粒料含量不同的填料進行夯實，從而使粘性土填料達到不同的擊實程度。通過試驗，一方面可以得到擊實功與填料擊實程度之間的關系，同時也可得出外摻粗粒料對擊實程度的影響規(guī)律，從而為回填土料紅粘土現(xiàn)場碾壓質(zhì)量控制提供理論依據(jù)。

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

試驗分別采用輕、超重型擊實試驗設備:擊實筒內(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，擊實錘落高45 cm。試樣制備:依照《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ051－93)的干土法(土不重復使用)進行試樣制備。試驗時將擊實筒放在剛性基礎上，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次對筒內(nèi)的試樣進行擊實。擊完后測試樣含水量w，密度ρ，并計算干密度ρd。干密度按下式計算:

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

根據(jù)回填土的性質(zhì)，結(jié)合本場地紅粘土特征，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)設計擊實試驗。試驗成果表見表2。

表1 碎石與擊實功對高液限紅粘土的影響

表2 高液限紅粘土常規(guī)試驗結(jié)果

2.1 擊實試驗分析判斷

純自然高液限紅粘土，采用輕型擊實試驗(擊實功: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功增加而增大，可趨于一個穩(wěn)定值，所以純場地自然高液紅粘性土不宜作為場地平場、建(構)筑物地基回填土填料。試驗揭示，對于含不同比例粗粒料的高液限紅粘土，當采用輕型變動時，粘性土的干密度變化較大，相應的土石比為100∶0;而采用超重型擊實試驗，在相應最大干密度及最優(yōu)含水率條件下，其壓實度均能達到工程要求，但最經(jīng)濟的擊實功為2 680 kJ·m－3(98擊)、摻和粗粒料土石比當擊實功改用重型的含粗粒料粘性土的最大干密度趨于穩(wěn)定，此時對應的土石比為7∶3。

2.2 摻和碎石對高液限紅粘土影響機理分析

當碎石(粒徑＜100 mm)摻入高液限紅粘土中時，不同的摻配量可形成三種結(jié)構:懸浮結(jié)構、懸浮密實結(jié)構和密實結(jié)構。當碎石摻配率＜30% 時，混合料以細粒為主，粒徑較大的碎石之間沒有接觸，就像懸浮在細粒之中，不能起到骨架作用，只為包裹體形式存在，碎石的摻入對提高土體強度和抗裂性能貢獻較小。隨著碎石摻配率的增大(30% ～50%)，細粒比例的減小，粒徑較大的碎石之間開始接觸，形成骨架，土體強度和密實度便提高，收縮性減小，形成懸浮密實結(jié)構。當碎石摻配率大于50%時，細粒含量進一步減小，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顆粒填充密實，土體強度和密實度顯著提高，同時收縮性顯著降低，形成密實結(jié)構。

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

3 結(jié)語

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

(2)對于高液限紅粘土(液限＞80%)，可選擇摻和30%的碎石，擊實功選擇2 680 kJ·m－3，一般可以達到96%的壓實度，實現(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功，不僅可以對提高高液限紅粘土的壓實度有很好的效果，而且可以增強回填土地基地表穩(wěn)定性及整體強度，但摻和碎石比例及擊實功的強度需要試驗確定。

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