王海俐

(陜西省銅川公路管理局，陜西銅川 727031)

為保證道路能安全平穩(wěn)地運(yùn)行需要有一個(gè)穩(wěn)定的路基，這就要求采用工程性質(zhì)良好的路基填料去修筑路基。在《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》中要求路基基床底層填料必須使用A，B組填料或改良土。本項(xiàng)目沿線地段通過第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積新黃土和第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土，濕陷系數(shù)值多在0.015～0.026之間，具有濕陷性，作為填料，其現(xiàn)場(chǎng)CBR值不能滿足路基規(guī)范設(shè)計(jì)要求，要使其達(dá)到所要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［1］，唯一途徑是對(duì)其進(jìn)行改良。

1 試驗(yàn)材料工程性質(zhì)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用土取自210國(guó)道銅川段K17+230處，其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo):液限 23.6%，塑限 14.8%，塑性指數(shù) 8.8，比重為 2.57，按JTG E40-2007公路土工試驗(yàn)規(guī)程可知，該細(xì)粒土為C類粉粘土，在路基填筑中屬于劣質(zhì)填料，應(yīng)用水泥或石灰對(duì)其改良。

采用陜西銅川華山425普通硅酸鹽水泥進(jìn)行改良，該品種水泥的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。所采用石灰是從項(xiàng)目周邊的石灰場(chǎng)購(gòu)置最新生產(chǎn)的消石灰，各項(xiàng)指標(biāo)見表2，產(chǎn)品質(zhì)量符合鈣質(zhì)消石灰粉合格產(chǎn)品規(guī)格要求。

表1 銅川華山425普通硅酸鹽水泥物理力學(xué)指標(biāo)

室內(nèi)改良土的摻量比分別為:水泥改良土的水泥摻量分別為2%，3%，4%;石灰改良土的石灰摻量為3%，5%，8%，10%。

1.2 試驗(yàn)方案

1)通過重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，得出最大干密度和最佳含水率;2)采用光電式液塑限聯(lián)合測(cè)定儀對(duì)素土、改良填料的液限、塑限進(jìn)行測(cè)定，研究土顆粒與水之間的相互作用程度;3)基于壓縮性能試驗(yàn)獲得不同改良土的壓縮系數(shù)和壓縮模量，從而控制路基的沉降變形。試驗(yàn)分 50 kPa，100 kPa，200 kPa 三級(jí)加載［2］;4)通過無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究摻加水泥和石灰的改良土的強(qiáng)度變化情況，以分析改良效果。

表2 消石灰性能試驗(yàn)

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)

從表3可以看出:

1)水泥改良黃土的最優(yōu)含水率隨水泥摻入量的增大而增大，但不同劑量的水泥改良土的最優(yōu)含水量變化幅度并不是很大，同時(shí)最大干密度隨水泥摻入量的增加逐漸減小。2)石灰改良黃土的最大干密度隨石灰摻入量的增加產(chǎn)生一個(gè)最佳含灰劑量，石灰摻量少時(shí)，石灰可以填充土里的孔隙，導(dǎo)致土體干密度隨摻量的增加而增大，但是當(dāng)石灰摻量達(dá)到一定程度時(shí)，隨著石灰摻量的增加，土體干密度反而會(huì)降低。黃土摻8%熟石灰的干密度最大，而最優(yōu)含水量比其他摻量的石灰改良土都小。

表3 素土和改良土擊實(shí)和液塑限試驗(yàn)結(jié)果

2.2 液塑限試驗(yàn)

從表3試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著摻量的增加，改良土的塑、液限和塑性指數(shù)逐漸增大，這可能是因?yàn)橥馏w摻入石灰和水泥后，土的比表面積增大，土結(jié)構(gòu)改變，從而吸收了更多的水分。再次，無(wú)論是水泥還是石灰改良土，相比未改良的土體，其水穩(wěn)定性更強(qiáng)，而且石灰改良土水穩(wěn)性增加的幅度較大，主要原因可能是水泥和石灰的改良機(jī)理不同，水泥是水化反應(yīng)，石灰是火山灰反應(yīng)。不同劑量的水泥和石灰的液塑限曲線對(duì)比見圖1。

圖1 不同劑量的水泥和石灰的液塑限曲線對(duì)比

2.3 壓縮性能試驗(yàn)

由表4試驗(yàn)結(jié)果可知，改良土和素土的壓縮系數(shù)均小于0.1 MPa，都屬于低壓縮性土，符合路基填料的要求。素土和石灰土的壓縮系數(shù)大于水泥土的壓縮系數(shù)，說(shuō)明素土和石灰土的壓縮性能的不良，用石灰改良后效果沒有水泥好。這主要是由于水泥的水化反應(yīng)生成了致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致水泥改良土體強(qiáng)度比石灰改良土體高很多。不同劑量的水泥和石灰壓縮性能對(duì)比見圖2。

圖2 不同劑量的水泥和石灰壓縮性能對(duì)比

表4 路基填料的壓縮性能試驗(yàn)

2.4 強(qiáng)度試驗(yàn)

從表5試驗(yàn)結(jié)果可以看出，水泥改良土的無(wú)側(cè)限強(qiáng)度隨摻量的增大而增加，水泥比石灰對(duì)土穩(wěn)定的影響顯著，其主要原因還是水泥水化后形成致密的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，水穩(wěn)性提高顯著;石灰改良土的無(wú)側(cè)限強(qiáng)度隨摻量的增大，強(qiáng)度逐漸提高，而石灰的含量超過8%后，有部分石灰將沉積在土孔隙中而不能參加反應(yīng)，從而導(dǎo)致石灰土強(qiáng)度降低。對(duì)不同摻量的水泥改良土和石灰改良土在同一齡期的強(qiáng)度值進(jìn)行比較可知，水泥改良土強(qiáng)度值是大大高于石灰改良土的。從表5還可以看出，試件經(jīng)過干濕循環(huán)后，只有摻入2%水泥的改良土強(qiáng)度損失率較大，而且隨水泥摻量的增加，強(qiáng)度損失逐漸減少，即水穩(wěn)定性逐漸增加;石灰改良土隨摻量的增加，改良土強(qiáng)度損失率卻逐漸增大，即土體水穩(wěn)定性降低?？偟膩?lái)說(shuō)，飽和水泥土的強(qiáng)度平均降低20%，飽和石灰土強(qiáng)度平均降低50%，可見含水率對(duì)改良土強(qiáng)度影響很大。通過表6可以看出，同齡期下，水泥土的粘聚力C比石灰土的大很多，內(nèi)摩擦角Φ卻相差不是很明顯。總的來(lái)說(shuō)，改良土強(qiáng)度的提高主要是通過提高土的粘聚力實(shí)現(xiàn)的［3］，水泥比石灰對(duì)黃土強(qiáng)度提高顯著。

表5 路基填料的強(qiáng)度試驗(yàn)

表6 路基填料干濕循環(huán)試驗(yàn)

3 結(jié)語(yǔ)

1)通過試驗(yàn)可以得出，各不同摻量的水泥土都比石灰土改良效果要好，考慮到本項(xiàng)目黃土天然含水率較大，摻石灰后強(qiáng)度損失較大，應(yīng)采用水泥改良效果較好。

2)考慮到含水率對(duì)黃土改良影響較大，在施工過程中，除了要使填料含水率達(dá)到最佳含水率外，還應(yīng)最好防水，防止雨水下滲影響路基穩(wěn)定性。

3)對(duì)改良土的強(qiáng)度延時(shí)衰減還有待深入研究。

［1］張登良.加固土原理［M］.北京：人民交通出版社，1990：213-215.

［2］JTG E40-2007，公路土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［3］周翠英，鄧毅梅，譚祥韶，等.軟巖在飽水過程中微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律研究［J］.中山大學(xué)學(xué)報(bào)，2003(4)：56-59.