楊元周，楊乾偉，郭彪

(重慶市勘測(cè)院，重慶 401121)

1 引 言

高液限土用作路基填料，因其過(guò)高的天然含水量及液塑限而難以直接填筑壓實(shí)，承載性能低，同時(shí)路基的性能易受自然氣候環(huán)境變化的影響而發(fā)生劣化，高液限土路基易于失水收縮開(kāi)裂，復(fù)浸水后再失水收縮將進(jìn)一步加深加寬開(kāi)裂，不斷削弱路基的強(qiáng)度及穩(wěn)定性能。因此規(guī)范規(guī)定高液限土不得直接作為路堤填料。

在滇中的公路、市政道路建設(shè)中，遇到的高液限土路基填筑問(wèn)題越來(lái)越突出，滇中高液限紅黏土分布廣泛，借用符合要求的路基填料需要遠(yuǎn)距離調(diào)運(yùn)，且挖方高液限土數(shù)量巨大，廢棄很不經(jīng)濟(jì)，因此研究高液限土的改良及利用十分必要。

關(guān)于紅黏土及高液限土改良及處治技術(shù)，許多學(xué)者進(jìn)行了有益的改良試驗(yàn)和工程應(yīng)用探索，積累了較為豐富的改良方案，總結(jié)了很多有效的工程措施。施燦海等[1]研究了纖維、纖維水泥對(duì)云南紅黏土強(qiáng)度的影響。葉瓊瑤等[2]通過(guò)對(duì)高液限紅黏土摻加不同比例的砂礫、石灰、粉煤灰、二灰、水泥及“康耐”改良劑等進(jìn)行液限、塑限、CBR等試驗(yàn)，研究了廣西全興高速公路紅黏土的路用性能改良效果。劉春原等[3]針對(duì)高液限黏土穩(wěn)定性差的性質(zhì)，添加石灰，研究其混合土料的強(qiáng)度變化規(guī)律。徐勇等[4]通過(guò)重型擊實(shí)試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了不同石灰摻入量及不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)石灰土的最大干密度、最優(yōu)含水率及無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。劉寶臣等[5]采用水泥攪拌法對(duì)桂林軟弱紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度與水泥摻入比、齡期的關(guān)系等主要力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究。程濤等[6]對(duì)廣東省云羅高速沿線(xiàn)9組代表性高液限土進(jìn)行了摻水泥0%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%后的承載比試驗(yàn)。欒傳寶[7]以呼和浩特地區(qū)的紅黏土為原材料，用粉煤灰改變紅黏土的性質(zhì)，重點(diǎn)研究粉煤灰對(duì)紅黏土強(qiáng)度及含水量的影響。張金利等[8]通過(guò)多種試驗(yàn)研究了聚丙烯纖維紅黏土的力學(xué)特性。

以上研究表明，關(guān)于高液限土改良技術(shù)，石灰、水泥、粉煤灰、NCS、礦渣、砂礫料等改良方法在一定程度上均能達(dá)到良好的技術(shù)效果，而每種改良方法有其適用范圍和條件，由于路基填筑中涉及的工程量巨大，因此改良方案的選擇及推廣還常常受限于方案的經(jīng)濟(jì)效益，為此已有的工程實(shí)踐中最常用的改良方法為砂礫石和石灰改良。鑒于改良方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)越性，結(jié)合地區(qū)特點(diǎn)及沿線(xiàn)建材情況，本文采用生石灰添加劑對(duì)滇中高液限土進(jìn)行改良研究，通過(guò)系統(tǒng)的路用物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)，論證其改良效果。

2 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)采用云南玉溪至楚雄高速公路沿線(xiàn)高液限土，紅褐色，天然含水率28%～32%，液限61%，塑限27%，塑性指數(shù)34。

擬采用加入1%、3%、5%、8%生石灰(干質(zhì)量之比)幾種改良方案進(jìn)行試驗(yàn)研究，為進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)對(duì)素土進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)包括擊實(shí)試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)、回彈模量試驗(yàn)、收縮試驗(yàn)以及干濕循環(huán)試驗(yàn)等。系統(tǒng)評(píng)價(jià)生石灰改良滇中高液限土的改良效果。

3 擊實(shí)試驗(yàn)

對(duì)素土以及加入1%、3%、5%、8%生石灰的高液限土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，擊實(shí)曲線(xiàn)如圖1所示。從圖可知各改良方案的最佳含水率以及最大干密度如表1所示，可以看出，隨著生石灰加入量的增加，土樣的最佳含水率逐漸增大，而最大干密度則逐漸減小。由于玉楚高速高液限土的天然含水率較高，一般在28%～32%，遠(yuǎn)高于最佳含水率，而要降低其天然含水率是較為困難的，需要大量的粉碎、翻曬工作，因此從滿(mǎn)足最佳含水率方面來(lái)說(shuō)，對(duì)高液限土進(jìn)行改良時(shí)，生石灰加入量越多越好。

圖1 擊實(shí)曲線(xiàn)

不同配比試樣最大干密度與最佳含水率 表1

4 CBR試驗(yàn)

CBR值是土體承載性能的重要指標(biāo)。對(duì)素土以及加入1%、3%、5%、8%生石灰的高液限土進(jìn)行CBR試驗(yàn)貫入力與貫入量曲線(xiàn)如圖2所示。

圖2 不同摻灰比條件下改良紅黏土貫入力與貫入量曲線(xiàn)

根據(jù)圖2進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算，可以得到各改良方案的高液限土的CBR值見(jiàn)表2及圖3所示?？梢钥闯觯啾人赝羴?lái)說(shuō)，加入1%的生石灰后試樣的CBR值從6增大到41.71，增大幅度達(dá)695%，改良效果非常顯著，進(jìn)一步將生石灰的加入量增加到3%后，試樣的CBR值進(jìn)一步增長(zhǎng)到50.06，但當(dāng)石灰摻量增加到5%、8%時(shí)，試樣CBR值并沒(méi)有增加，反而有一定程度的降低?？梢?jiàn)，從提高土體CBR值角度，最優(yōu)的生石灰摻量在3%左右。

不同改良方案下試樣CBR值 表2

圖3 不同配比試樣的CBR值

在進(jìn)行CBR試驗(yàn)時(shí)同時(shí)測(cè)試了試樣的膨脹率如圖4所示，可以看出，加入生石灰后，高液限土的膨脹率大幅下降，石灰加入越多，膨脹率越小，但差別不明顯。

圖4 不同配比試樣的膨脹率

5 回彈模量試驗(yàn)

對(duì)素土及加入1%、3%、5%、8%的高液限土進(jìn)行回彈模量試驗(yàn)，單位壓力與回彈變形的關(guān)系曲線(xiàn)如圖5所示。

圖5 不同配比試樣的單位壓力與回彈變形曲線(xiàn)

不同配比試樣的回彈模量 表3

根據(jù)圖5進(jìn)一步分析計(jì)算，可得到各配比試樣的回彈模量見(jiàn)表3及圖6所示?？梢钥闯?，添加生石灰可以明顯提高高液限土的回彈模量，石灰加入越多，回彈模量越大，不過(guò)當(dāng)石灰含量大于3%時(shí)，回彈模量的增長(zhǎng)率明顯降低，因此從提高路基回彈模量角度，最優(yōu)的石灰摻量也在3%左右。

圖6 不同配比試樣的回彈模量變化曲線(xiàn)

6 收縮試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)生石灰改良高液限土的失水收縮特性，對(duì)素土及加入1%、3%、5%、8%的改試驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)收縮試驗(yàn)，各配比試樣的含水率與線(xiàn)縮率關(guān)系曲線(xiàn)如圖7所示。

根據(jù)圖7進(jìn)一步分析計(jì)算，可得到不同配比條件下高液限土的收縮系數(shù)見(jiàn)表4及圖8所示?？梢钥闯觯赝恋氖湛s系數(shù)達(dá)0.402，加入石灰改良后，收縮系數(shù)顯著減小，石灰含量越大，效果越明顯，當(dāng)加入8%石灰時(shí)，收縮系數(shù)僅0.09。說(shuō)明加入生石灰能夠有效抑制高液限土遇水膨脹，失水收縮開(kāi)裂的不利特征。

圖7 不同配比試樣含水率與線(xiàn)縮率關(guān)系曲線(xiàn)

不同配比試樣收縮系數(shù) 表4

圖8 不同配比試樣收縮系數(shù)變化曲線(xiàn)

7 干濕循環(huán)試驗(yàn)

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，加入生石灰可以顯著增大高液限土的CBR值及回彈模量，并明顯減小試樣的膨脹系數(shù)及收縮系數(shù)，顯著改善高液限土的路用性能。不過(guò)，道路處于野外環(huán)境，直接受氣候影響，為了檢驗(yàn)石灰改良后的高液限土在干濕交替作用下的長(zhǎng)期性能，對(duì)素土試樣及加入3%生石灰的高液限土試樣，進(jìn)行5次干濕循環(huán)后進(jìn)行CBR試驗(yàn)以及回彈模量試驗(yàn)。5次干濕循環(huán)后素土及改良土的貫入力與貫入量曲線(xiàn)如圖9所示，單位壓力與回彈變形的關(guān)系曲線(xiàn)如圖10所示。

由圖9、圖10進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算分析，進(jìn)行5次干濕循環(huán)后，素土的CBR值由6.0衰減為2.21，衰減率達(dá)63.2%，回彈模量由 120.7 MPa衰減為25，衰減率為79.3%。而加入3%生石灰的試驗(yàn)測(cè)CBR值由50.06增長(zhǎng)為68.0，增長(zhǎng)率為34.8%，回彈模量由 202.3 MPa增長(zhǎng)到 239.4 MPa，增長(zhǎng)率為18.3%。這表明，不進(jìn)行改良時(shí)，高液限土在干濕循環(huán)作用下的性能迅速劣化，引起嚴(yán)重的路基病害，因此高液限土不能直接用于路基填筑。而加入生石灰改良后，在5個(gè)干濕循環(huán)周期后，改良土的性能不僅沒(méi)有衰減，反而有一定的增強(qiáng)，這是因?yàn)樵谶M(jìn)行干濕循環(huán)過(guò)程中，生石灰繼續(xù)與土體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，性能得到進(jìn)一步增強(qiáng)，因此，采用生石灰對(duì)高液限土進(jìn)行改良，不僅可顯著增強(qiáng)其短期性能，對(duì)高液限土的長(zhǎng)期性能的增強(qiáng)作用更加明顯，改良后高液限土可以滿(mǎn)足路基填筑要求。

圖9 5次干濕循環(huán)后試樣貫入力與貫入量曲線(xiàn)

圖10 5次干濕循環(huán)后試樣單位壓力-回彈變形曲線(xiàn)

8 結(jié) 論

本文針對(duì)滇中高液限土，對(duì)不同生石灰摻量的改良土進(jìn)行了擊實(shí)試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)、回彈模量試驗(yàn)、收縮試驗(yàn)以及干濕循環(huán)試驗(yàn)，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了生石灰對(duì)滇中高液限土的改良效果，得到以下結(jié)論：

(1)滇中高液限土生石灰最優(yōu)摻量為3%左右。

(2)生石灰對(duì)滇中高液限土CBR值改良效果非常顯著，相比素土來(lái)說(shuō)，加入1%的生石灰后試樣的CBR值從6增大到41.71，增大幅度達(dá)695%，進(jìn)一步將生石灰的加入量增加到3%后，試樣的CBR值進(jìn)一步增長(zhǎng)到50.06，但當(dāng)石灰摻量增加到5%、8%時(shí)，試樣CBR值并沒(méi)有增加，反而有一定程度的降低。

(3)加入生石灰后，高液限土的膨脹率大幅下降，石灰加入越多，膨脹率越小，但差別不明顯。

(4)添加生石灰可以明顯提高高液限土的回彈模量，石灰加入越多，回彈模量越大，不過(guò)當(dāng)石灰含量大于3%時(shí)，回彈模量的增長(zhǎng)率明顯降低。

(5)加入石灰改良后，高液限土收縮系數(shù)顯著減小，石灰含量越大，效果越明顯。

(6)高液限土在干濕循環(huán)作用下的性能迅速劣化，而加入生石灰改良后，在5個(gè)干濕循環(huán)周期后，改良土的性能不僅沒(méi)有衰減，反而有一定的增強(qiáng)，因此，采用生石灰對(duì)高液限土進(jìn)行改良，不僅可顯著增強(qiáng)其短期性能，對(duì)高液限土的長(zhǎng)期性能的增強(qiáng)作用更加明顯，改良后高液限土可以滿(mǎn)足路基填筑要求。