馬吉倩

(湖南省高速公路管理局， 湖南 長沙　410022)

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益婁高速公路石灰改良膨脹土最佳含水量的研究

馬吉倩

(湖南省高速公路管理局， 湖南 長沙410022)

摘要：結(jié)合益陽至婁底高速公路路基膨脹土處治方案，開展了石灰改良膨脹土填料的最佳含水量的試驗研究。首先采用室內(nèi)基本土工試驗，確定石灰改良膨脹土的石灰最佳摻量。然后采用濕法重型擊實試驗，研究石灰改良膨脹土的擊實特性，并確定其最佳含水量。最后采用無側(cè)限抗壓強度試驗，研究石灰改良膨脹土的最佳含水量，并與擊實試驗結(jié)果進行對比分析。研究表明，通過無側(cè)限抗壓強度試驗得到的最佳含水率比擊實試驗大3%左右。通過試驗研究，獲得了石灰改良膨脹土的路基施工參數(shù)，為益婁高速公路石灰改良膨脹土路基施工提供參考依據(jù)。

關鍵詞：石灰改良膨脹土； 最佳含水量； 擊實試驗； 無側(cè)限抗壓強度

摻石灰是膨脹土處治行之有效的方法[1]，公路相關規(guī)范也推薦采用石灰對膨脹土進行改良[2]。工程實踐中的成功案例有：南京蕪申線胥河邊坡東壩航道段膨脹土處治[3]，南水北調(diào)中線工程膨脹土處治[4]，廣西南寧外環(huán)高速公路膨脹土處治[5]，合肥新橋國際機場工程膨脹土處治[6]，湖北省宜昌市小溪塔至鴉鵲嶺一級公路膨脹土處治[7]，寧淮高速公路淮安段膨脹土處治[8]，廣西隆林-百色高速公路膨脹土處治[9]等。

在石灰改良膨脹土路基施工中，首先需要解決石灰最佳摻量、石灰土最佳含水量及最大干密度等主要施工控制參數(shù)。根據(jù)公路路基設計和施工規(guī)范[2，10]，以石灰土的CBR值和脹縮總率等2個指標來確定石灰最佳摻量。根據(jù)公路路基設計和施工規(guī)范[2，10]，以及公路土工試驗規(guī)程[11]，采用濕法重型擊實試驗確定石灰土的最佳含水量和最大干密度。但有些學者認為，擊實試驗得到的最佳含水量不能準確反映施工含水量的要求[12]，因此，除了采用濕法重型擊實試驗外，還采用強度試驗進行校核[12，13]。

益陽至婁底高速公路從二標～五標、十二標～十三標段之間均斷續(xù)分布、挖方總計約164.0萬m3的弱～中等膨脹性的膨脹土。為合理利用膨脹土并確保該高速公路路基修筑質(zhì)量，本文在遵循公路相關規(guī)范及現(xiàn)有研究成果的基礎上，開展石灰改良膨脹土路基施工參數(shù)研究。研究思路為： ①采用CBR和脹縮總率試驗，確定石灰改良膨脹土的石灰最佳摻量； ②采用濕法重型擊實試驗，研究石灰改良膨脹土的擊實特性，并確定其最佳含水量和最大干密度； ③采用無側(cè)限抗壓強度試驗，研究石灰改良膨脹土的最佳含水量，并與擊實試驗結(jié)果進行對比分析。

1石灰改良膨脹土的石灰合理用量

公路路基施工技術(shù)規(guī)范[10]規(guī)定，石灰摻量必須由試驗確定。確定石灰摻量的評定指標為CBR值和脹縮總率。

1.1試驗材料

試驗土樣取自益婁高速公路K28+980處，取土深度為1.5 m，新鮮土樣呈黃褐色，夾白色，有較粗的砂粒、碎石，濕水后成粘泥巴狀，干燥時呈硬塊、或細小鱗片狀，其物性指標見表1，可判斷為中膨脹土。

石灰為生石灰，其化學成分為：CaO含量為74%，MgO含量為3.1%，為III級鈣質(zhì)石灰。生石灰摻量的質(zhì)量百分比為：3%、5%、7%和9%。

表1 膨脹土物性指標液限/%塑限/%塑性指數(shù)<0.002mm含量/%c/kPaφ/(°)62.034.028.056.052.118.5最大干密度/(g·cm-3)最佳含水量/%自由膨脹率/%無荷膨脹率/%50kPa有荷膨脹率/%1.6523.055.013.52.85

1.2試驗方法

試驗方法執(zhí)行《公路土工試驗規(guī)程》(JTG E40-2007)[11]。其中CBR值試驗方法為試驗方法執(zhí)行《公路土工試驗規(guī)程》(JTG E40-2007)中的T0134-1993。脹縮總率為50 kPa有荷膨脹率，試驗方法依據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》(JTG E40-2007)T0126-1993。

1.3試驗結(jié)果

先按干法重型擊實試驗確定各石灰摻量下的石灰土的最大干密度。試驗結(jié)果為：石灰各摻量下，石灰改良膨脹土的擊實試驗結(jié)果較為接近，其最大干密度為1.91 g·cm-3，最佳含水率為16.0%。在制作土樣試件時，統(tǒng)一采用90%的壓實度，即干密度為1.71 g·cm-3，最佳含水率為18%。CBR值和脹縮總率值的試驗結(jié)果見表2和圖1。

表2 CBR和脹縮總率試驗結(jié)果%生石灰摻量CBR脹縮總率00.352.331.622.054.710.978.650.399.760.08

圖1　CBR、脹縮總率與生石灰摻量的關系

根據(jù)試驗結(jié)果，當生石灰摻量不小于7%時，CBR值和脹縮總率符合規(guī)范要求。補做生石灰摻量為6%的CBR和脹縮總率試驗，試驗結(jié)果為：CBR為8.23%；脹縮總率為0.66%。因此生石灰摻量可采用6%。

2石灰改良膨脹土的擊實試驗

根據(jù)公路相關規(guī)范及相關研究成果，石灰改良膨脹土的擊實試驗宜采用濕法重型擊實試驗。濕法擊實首先將膨脹土樣破碎，碎塊最大粒徑小于5 cm，摻加預定石灰劑量的40%左右，悶料1 d并翻拌2次，之后再摻加其余石灰劑量，拌勻并養(yǎng)護，達到預定齡期后將土樣均分5～7份，按照含水率從高到低分別風干制成試樣，兩土樣含水率相差2%～3%左右，將備好的土樣用塑料袋裝好、密封養(yǎng)護相應的齡期之后進行擊實試驗。干法擊實試驗中，首先要將土體粉碎風干后再摻石灰拌和，這種摻灰方式的均勻性很好，但與實際施工程序不符，因而在石灰改良膨脹土的擊實試驗中，宜采用濕法重型擊實試驗[14]。

2.1試驗材料

膨脹土、生石灰與第1節(jié)中相同。石灰土中的生石灰摻量為6%。

2.2試驗方法

試驗方法依據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》(JTG E40-2007)T0131-2007。

制作土樣時，剔除粒徑大于40 mm的顆粒，第1個土樣的含水量為膨脹土的天然含水量，其余4個土樣分別風干，含水量按2%～3%遞減。

2.3試驗結(jié)果

濕法重型擊實試驗結(jié)果為：最大干密度為1.85 g·cm-3，最佳含水率為18.0%。對比第1節(jié)試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干法擊實試驗的最大干密度偏大，而最佳含水量則偏小。

3石灰改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強度試驗

目前，公路部門對改性膨脹土強度評價的主要依據(jù)是無側(cè)限抗壓強度值。無側(cè)限抗壓強度是試件在無側(cè)向限制的條件下所承受的最大軸向應力。試驗采用應變控制式無側(cè)限抗壓強度儀，以應變15%的抗壓強度作為破壞標準值，試驗進行到應變達20%；試件的高度與直徑比值一般為2～2.5，直徑應為3.5～4 cm。

試驗試件的制備是在濕法重型擊實試驗確定的最佳含水率條件下，按預定的干密度壓實成型。但這種方法沒有充分考慮初始含水率對石灰改性土后期強度的影響，使得其強度優(yōu)勢未能得到充分發(fā)揮。

3.1試驗材料

試驗所用膨脹土、生石灰與第1節(jié)相同。試件尺寸為直徑4 cm，高度10 cm。6%生石灰改良膨脹土的最佳含水率為18.0%，最大干密度為1.85 g·cm-3。

3.2試驗方法

以6%生石灰改性膨脹土制作試件，試驗方法執(zhí)行《公路土工試驗規(guī)程》(JTG E40-2007)的規(guī)定。

3.3自然氣溫條件下保濕養(yǎng)生1月齡期的無側(cè)限抗壓強度

對2組平行擊實成型試件(干密度為1.67 g·cm-3，即壓實度為90%)，在自然溫度下保濕養(yǎng)生1個月，測定其無側(cè)限抗壓強度，模擬石灰改性膨脹土在實際施工條件下的無側(cè)限抗壓強度變化規(guī)律。

試驗結(jié)果平均值見表3。試驗結(jié)果表明，自然氣溫條件下保濕養(yǎng)生1月齡期后，生石灰改性膨脹土的無側(cè)限抗壓強度峰值點對應的含水率為21%，較濕法擊實試驗所得到的最佳含水率18.0%大3%。

表3 生石灰改性膨脹土無側(cè)限抗壓強度初始含水率/%無側(cè)限抗壓強度/kPa16990181050211220231120

4結(jié)論

1) 在石灰改良膨脹土擊實試驗中，干法重型擊實試驗最佳含水量小于濕法重型擊實試驗2%左右。通過無側(cè)限抗壓強度試驗得到的石灰改良膨脹土的最佳含水率比擊實試驗大3%左右。

2) 在益婁高速公路膨脹土路堤施工中，生石灰改良膨脹土的最佳含水量宜在濕法重型擊實試驗基礎上增加3%，或以無側(cè)限抗壓強度試驗確定其最佳含水量。最大干密度則以濕法重型擊實試驗為準。

3) 在摻灰、碾壓過程中，石灰土的含水量是不斷變化的，現(xiàn)場施工要解決的關鍵技術(shù)則是摻灰工藝、壓實度和碾壓含水量的控制等。

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文章編號：1008-844X(2016)02-0007-03

收稿日期:2016-04-18

基金項目:湖南省交通科技計劃項目( 200944)

作者簡介:馬吉倩( 1983-) ，男，碩士研究生，從事高速公路建設與管理工作。

中圖分類號：U 416.1

文獻標識碼：A