駱楊靜

（核工業(yè)長沙中南建設(shè)工程檢測有限公司）

0 引言

從土體特性角度分析，紅黏土液限值較高，水敏感性強(qiáng)，在含水率變化的情況下，紅黏土表現(xiàn)出明顯的膨脹、收縮特性，因此，未經(jīng)處治的紅黏土無法直接用于路基填筑，其承載強(qiáng)度及荷載穩(wěn)定性也不滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。而經(jīng)石灰處治的紅黏土在壓實(shí)度達(dá)標(biāo)的前提下，可用于路基填筑。為了明確石灰改良紅黏土的相關(guān)工藝及施工控制參數(shù)，特以湖南省內(nèi)某公路施工項(xiàng)目為研究案例，在此高速線路趙家村王五嗲屋后面K8+660 的位置，采集現(xiàn)場路基土樣，通過室內(nèi)試驗(yàn)，給出了石灰的最佳摻量及含水率的合理范圍，為現(xiàn)場施工提供參數(shù)支撐。

1 材料物理性能

紅黏土廣泛分布于我國南方地區(qū)，為了客觀、真實(shí)地反映紅黏土路基施工過程中存在的問題，室內(nèi)試驗(yàn)選取湖南省某公路施工項(xiàng)目現(xiàn)場紅黏土路基土體，通過室內(nèi)試驗(yàn)得到紅黏土的各項(xiàng)參數(shù)，詳見表1。經(jīng)試驗(yàn)測定，該紅黏土液限值較高，且黏土顆粒占比達(dá)52.3%，屬于高液限黏土。紅黏土組分分析詳見表2。本項(xiàng)目擬采用石灰處治工藝，石灰有效成分為CaO、MgO，占比分別為72.4%、4.1%。

表1 紅黏土土樣物理特性

表2 紅黏土土樣礦物組成

2 室內(nèi)試驗(yàn)研究

為了制定最合理的石灰處治方案，以最大程度提高紅黏土的改良效果，擬通過相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)，給出最佳的石灰摻量和含水率指標(biāo)，同時(shí)與素土干、濕法擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果對比，得出相應(yīng)的施工控制工藝。

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)

紅黏土路基壓實(shí)施工中，應(yīng)以素土含水率及干密度指標(biāo)為控制標(biāo)準(zhǔn)，采取室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)獲取土樣的擊實(shí)曲線，擊實(shí)曲線如圖1。為了對比不同工法對擊實(shí)曲線的影響，本試驗(yàn)對比了干法和濕法兩種工況。

圖1 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

由實(shí)驗(yàn)可知：

⑴干法工藝對應(yīng)的最佳含水率（OMC） 指標(biāo)為30.6%,干密度最大值（MDD）為1540㎏/m3；

⑵濕法工藝對應(yīng)的干密度最大值（MDD）為1430㎏/m3，相應(yīng)的最佳含水率（OMC）指標(biāo)為32.1%。經(jīng)對比分析發(fā)現(xiàn)，干法工藝對應(yīng)的最佳含水率指標(biāo)明顯小于濕法工藝，但其干密度最大值大于濕法工藝；

⑶由于紅黏土中的黏土類礦物占比超過一半，黏土在長期的沉積過程中，吸收了大量的結(jié)合水，而干法工藝的土樣烘干過程破壞了土體內(nèi)部的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，相反，濕法工藝則不會破壞土體的結(jié)合水。

2.2 直剪試驗(yàn)

通過分析室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，能夠大體框定紅黏土改良后的含水率范圍。但工程實(shí)踐表明，采用干法擊實(shí)工藝，其壓實(shí)度指標(biāo)一般無法滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。室內(nèi)試驗(yàn)擬以濕法工藝對應(yīng)的最佳含水率（OMC=32.1%）為基礎(chǔ)，進(jìn)一步細(xì)化含水率梯度，即：28%、30%、32%、34%、36%，分別對每一種含水率指標(biāo)摻入不同比例的石灰改良材料，石灰比例設(shè)計(jì)定為：0%、4%、8%、12%、16%，充分拌和后制作試驗(yàn)樣本。

為了進(jìn)一步分析紅黏土路基填筑材料的強(qiáng)度指標(biāo)，擬采用ZJ-4 型四聯(lián)直剪儀進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，該儀器的應(yīng)力測定覆蓋范圍為50～400kPa，本次試驗(yàn)設(shè)定加載梯度為：50kPa、100kPa、150kPa、200kPa 四級，剪切速率控制在0.8mm/min 左右，強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果詳見表3、表4。

表3 石灰摻量及含水率指標(biāo)對紅黏土粘聚力的影響

表4 石灰摻量及含水率指標(biāo)對紅黏土內(nèi)摩擦角的影響

由表3、表4 可知：

⑴石灰材料對紅黏土強(qiáng)度指標(biāo)的改善效果顯著，在含水率相同的前提下，經(jīng)石灰改良的紅黏土粘聚力指標(biāo)可提高17%～42%，內(nèi)摩擦角ψmax 由起始的35.38°提升至37.45°，改性石灰摻量從0%提高至12%后，土體粘聚力指標(biāo)c 及內(nèi)摩擦角均相應(yīng)提高，當(dāng)改性石灰摻量達(dá)到16%時(shí)，上述指標(biāo)開始拐頭下降。

⑵土體含水率指標(biāo)對改性紅黏土的抗剪切性能影響程度與擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果一致，當(dāng)石灰摻量較低時(shí)（4%摻量），各參數(shù)（c 和ψ）峰值點(diǎn)出現(xiàn)在OMC 附近，隨著石灰摻量的進(jìn)一步提高，各參數(shù)（c 和ψ）變化趨勢類似，其最佳含水率指標(biāo)提高至34%～36%。

2.3 CBR 試驗(yàn)

CBR 試驗(yàn)也是表征路基承載能力的重要試驗(yàn)之一，結(jié)合室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)和OMC 指標(biāo)，擬設(shè)定0%、4%、8%、12%、16%五個(gè)石灰摻量目標(biāo)值，分別制作CBR 試驗(yàn)試件，CBR試驗(yàn)結(jié)果詳見圖2。

圖2 生石灰質(zhì)量比

由圖2 可知，經(jīng)石灰改良后的紅黏土，其CBR 指標(biāo)提高明顯，當(dāng)石灰摻量介于8%～12%內(nèi)時(shí)，試件的CBR指標(biāo)達(dá)到峰值，其承載強(qiáng)度較素土提高了15.3 倍，其強(qiáng)度指標(biāo)滿足公路路基施工規(guī)范要求。

綜合分析直剪試驗(yàn)和CBR 試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為石灰摻量的最佳范圍應(yīng)介于8%～12%之間。

2.4 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

除了CBR 指標(biāo)外，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也是表征路基強(qiáng)度的另一大重要指標(biāo)，為了分析含水率指標(biāo)對改良紅黏土強(qiáng)度的影響，本次試驗(yàn)設(shè)定的石灰摻量為12%。

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)流程：經(jīng)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)明確紅黏土最佳含水率條件下的干密度指標(biāo)；制作壓實(shí)度分別為90%、92%、94%、96%、98%的柱體試驗(yàn)試件，試件在恒濕條件下養(yǎng)生7 天，采用UTM 伺服儀進(jìn)行無側(cè)限加載試驗(yàn)，試驗(yàn)儀加載行程參數(shù)為1mm/min，試驗(yàn)結(jié)果詳見圖3。

由圖3 可知，含水率及壓實(shí)度影響下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化趨勢如下：①經(jīng)石灰改良的紅黏土的最大無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)可達(dá)到1.0MPa 左右，試驗(yàn)論證了壓實(shí)度指標(biāo)對改良紅黏土強(qiáng)度的影響；②通過分析含水率指標(biāo)對強(qiáng)度的影響規(guī)律可以看出，當(dāng)石灰摻量為12%時(shí)，對應(yīng)的最佳含水率指標(biāo)介于34%～36%之間。

圖3 含水率對無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

以各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果為基準(zhǔn)，得到以下施工控制方案：

⑴紅黏土路基填筑應(yīng)優(yōu)先選用濕法擊實(shí)工藝，并以該工藝得到的最佳含水率為設(shè)計(jì)參考值；

⑵紅黏土的最佳含水率應(yīng)控制在OMC+2%～OMC+4%范圍內(nèi)，為了覆蓋因水分蒸發(fā)導(dǎo)致的含水率下降，在指標(biāo)選取時(shí)應(yīng)堅(jiān)持“就高不就低”的原則；

⑶改良石灰的摻量推薦值應(yīng)介于10%～12%之間；

⑷在紅黏土改良實(shí)踐中，石灰摻量并非越高越好，如本試驗(yàn)采集的高液限紅黏土試驗(yàn)樣本，石灰摻量最佳范圍應(yīng)介于8%～12%之間。