路基填料改良的試驗研究

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)地運行需要有一個穩(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。本項目沿線地段通過第四系上更新統(tǒng)風積新黃土和第四系中更新統(tǒng)風積黃土，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CBR值不能滿足路基規(guī)范設計要求，要使其達到所要求的質(zhì)量標準［1］，唯一途徑是對其進行改良。

1 試驗材料工程性質(zhì)

1.1 試驗材料

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

采用陜西銅川華山425普通硅酸鹽水泥進行改良，該品種水泥的物理力學性質(zhì)指標見表1。所采用石灰是從項目周邊的石灰場購置最新生產(chǎn)的消石灰，各項指標見表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指標

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 試驗方案

1)通過重型擊實標準試驗，得出最大干密度和最佳含水率;2)采用光電式液塑限聯(lián)合測定儀對素土、改良填料的液限、塑限進行測定，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。試驗分 50 kPa，100 kPa，200 kPa 三級加載［2］;4)通過無側(cè)限抗壓強度試驗，研究摻加水泥和石灰的改良土的強度變化情況，以分析改良效果。

表2 消石灰性能試驗

2 試驗結(jié)果分析

2.1 擊實試驗

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)生一個最佳含灰劑量，石灰摻量少時，石灰可以填充土里的孔隙，導致土體干密度隨摻量的增加而增大，但是當石灰摻量達到一定程度時，隨著石灰摻量的增加，土體干密度反而會降低。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 素土和改良土擊實和液塑限試驗結(jié)果

2.2 液塑限試驗

從表3試驗結(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，這可能是因為土體摻入石灰和水泥后，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，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理不同，水泥是水化反應，石灰是火山灰反應。不同劑量的水泥和石灰的液塑限曲線對比見圖1。

圖1 不同劑量的水泥和石灰的液塑限曲線對比

2.3 壓縮性能試驗

由表4試驗結(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生成了致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導致水泥改良土體強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比見圖2。

圖2 不同劑量的水泥和石灰壓縮性能對比

表4 路基填料的壓縮性能試驗

2.4 強度試驗

從表5試驗結(jié)果可以看出，水泥改良土的無側(cè)限強度隨摻量的增大而增加，水泥比石灰對土穩(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)絡結(jié)構(gòu)，水穩(wěn)性提高顯著;石灰改良土的無側(cè)限強度隨摻量的增大，強度逐漸提高，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，從而導致石灰土強度降低。對不同摻量的水泥改良土和石灰改良土在同一齡期的強度值進行比較可知，水泥改良土強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%水泥的改良土強度損失率較大，而且隨水泥摻量的增加，強度損失逐漸減少，即水穩(wěn)定性逐漸增加;石灰改良土隨摻量的增加，改良土強度損失率卻逐漸增大，即土體水穩(wěn)定性降低。總的來說，飽和水泥土的強度平均降低20%，飽和石灰土強度平均降低50%，可見含水率對改良土強度影響很大。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。總的來說，改良土強度的提高主要是通過提高土的粘聚力實現(xiàn)的［3］，水泥比石灰對黃土強度提高顯著。

表5 路基填料的強度試驗

表6 路基填料干濕循環(huán)試驗

3 結(jié)語

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

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

3)對改良土的強度延時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］.中山大學學報，2003(4)：56-59.