弱—強風化泥質粉砂巖物理改良土的試驗分析

王 飛 安徽省六安市公路管理局金寨分局，安徽 六安 237300

S366 六安段建設工程東接合肥段，向東延伸繁華大道與合肥經濟技術開發區相連，六安段穿過椿樹鎮，在黃泥店下穿六舒三公路，經中店鄉，終點在戚家橋上跨G105 和淠河總干渠，全長30.9 公里，是構筑合肥經濟圈城市群重要干線。六安段路基施工時，路基土弱和強的風化泥質粉砂巖分布整個路線，埋深不等，呈暗紫色、棕紅色，在天然的狀態下，通常是成塊，石狀，所以很難被破碎，即使選用機械的破碎方法，也很容易造成細顆粒太少，而粗顆粒太多，以及部分粒徑組缺失和級配不良的問題。同時為了節省工程的造價，讓其應用到高等級公路的路基填料中，就必須將其進行物理方法的改良，然后再考慮使用的問題。

1 弱-強風化泥質粉砂巖的擊實特性

1.1 改良土的最大干密度和最優含水量

為了獲取弱，強風化泥質的粉砂巖的最大干密度，還有最佳含水量和摻入的粗砂量的關系，實驗中把弱和強的風化泥質粉砂巖分別摻入5%和10%，15%，20%和25%的粗砂，并且按照《水利工程土工試驗規程》的相關規定，然后進行大型(重)的擊實試驗，圖1 是在不同的摻砂量情況下弱和強風化泥質粉砂巖的最大干密度，還有含水量的關系，而圖2 是弱和強風化泥質粉砂巖的最大干密度和摻砂量的關系。不難看出，在相同的擊實功下，其最大的干密度會ρdmax隨著摻砂量的增加而增大，如果摻砂量是25%的時候，最大的干密度可以達到最大，其數值是2.26g/cm3。但是如果當摻砂的量達到了20%以后，其最大的干密度，隨著摻砂量的增加的特性就不再那么明顯了。這說明，弱和強風化泥質粉砂巖，在摻入了一定量的中粗砂以后，其顆粒的級配就變得更加優良了，讓后再經過壓實處理，就能夠獲得非常大的干密度，同時因為在擊實的過程中，會有顆粒破碎的問題發生，所以這就直接導致了弱，強風化泥質粉砂巖中的細顆粒含量，主要還是受到顆粒破碎性的影響。實驗中其摻砂量從5%到25%的過程中，其最優的含水率wopt是穩定維持在7.2%到8.0%之間的，可以看出在不同的摻砂量的情況下，它的弱，強風化泥質粉砂巖在改良土擊實的時候，最大的干密度對含水量的影響是不明顯的，現場在對填筑泥質粉砂巖棄碴進行改良土時，可以按照天然的含水量進行，而不是進行人工的滲水或者是涼曬工作。

圖1 不同摻砂量下改良土的干密度ρd與含水量wa的關系

圖2 改良土的最大干密度與摻砂量的關系

1.2 不同摻入量下的顆粒級配的變化情況

針對弱、強風化泥質粉砂巖的顆粒級配而言，其基本上都是比較窄的級配土，在機械進行破碎以后，它的顆粒級配曲線是非常難滿足高等級公路路基施工要求，如果是路基填料，其不均勻的系數Cu ＞15，而曲率系數Cc=1 到3 的要求，在這樣的條件下，如果直接成為填料填筑，那么其結果是很難達到工程對路基所規定的壓實度，所以在這些風化料中，一定添加一定量的中粗砂粒(這些砂礫的直徑范圍＜5 毫米)，通過這種方法，就可以擴大這些材料的級配曲線的粒徑范圍，進而改善土樣的骨架結構，讓其受力性的能力更強.所以應該選擇不同的摻入量，然后對泥質粉砂巖弱、強風化料，進行實際的顆粒分析試驗，分析的結果如圖3 所示.通過圖3可以看出，隨著對中粗砂的摻入量的提高，圖中的級配曲線有向右移動的傾向，而且整體情形是趨于平緩，在土中，起骨架作用的顆粒總含量沒有增加，但是0.1 到2 毫米顆粒的含量卻增加了，這樣正好可以填補弱、強風化泥質粉砂巖中，骨架顆粒以及被破碎的細小顆粒的空隙，進而可以讓土的后級配得到非常好的改善，這樣改良土就會更容易被壓實。土的不均勻系數Cu，還有曲率系數Cc 的值如下圖2 中所示，通過圖表2 不難知道，當在窄級配的弱、強風化泥質粉砂巖中摻入砂土之后，它的Cu 數值就有了非常大的提高，在摻入中粗砂的比例達到15%的時候，它的級配就已經滿足施工對路基的填料要求。

圖3 不同摻入量下的弱-強風化泥質粉砂巖的顆粒粒徑及級配變化

1.3 碾壓前后顆粒級配的變化情況

因為強風化的泥質粉砂巖在碾壓之后，是非常容易破碎的，通過在對現場的，不同位置的泥質粉砂巖的物理改良土，進行碾壓前以及碾壓后的顆粒級配測試的結果如圖4。

圖4 泥質粉砂巖物理改良土采取不同篩分法的顆粒大小分布曲線

通過圖4 可以知道，對泥質粉砂巖的物理改良土里面是含有黏土粒的砂類土，選取通過直接篩選的方法，會讓它的試驗結果嚴重的不真實，它的根本原因就是軟質巖細顆粒擁有非常強的黏性，而且在振動篩選的時候，還非常不容易的脫離，進而就可能造成篩選的結果偏粗的問題。針對泥質的粉砂巖來說，它的物理改良土的方法無論是在經過碾壓，還是不經過碾壓，還是經過泡水與否，顆粒的粒徑經常都保持不變，這表明泥質粉砂巖的物理改良土，在比較優秀的級配下，是比較容易被碾壓成密實的狀況的，進而增加抵擋顆粒破碎的能力，從而抗壓的性能有穩步的提高。

2 改良土CBR 的試驗情況

對改良土CBR 的試驗過程，要嚴格的按照《公路土工試驗規程》進行處理，首先是要進行泡水四天的處理，觀察發現弱、強風化的泥質粉砂巖，它的物理改良土CBR 的數值會隨著摻入值的變化而變化，詳細情況可以看圖5。通過對圖的觀察可以看出，在實驗中，隨著摻入砂量的不斷增加，其實驗的改良土CBR 的數值也會隨著增加，但是改良土的膨脹量卻有所減少。

圖5 弱-強風化泥質粉砂巖物理改良土CBR 值隨摻入量的變化

通過圖5 可以看出，依據弱風化的軟質巖破碎后的結果，通過顆粒的級別配比分布問題，來選擇可以摻入的某一段砂粒直徑的組成，這樣的方式，不僅可以改變要填入材料的級別配比，進而來增加被填料的不均勻性，同時還可以從本質上提高土體的CBR 數值。這樣改良的填料再經過壓實之后，再通過細小顆粒在粗大的顆粒中進行填實的工序，那么之前所形成的孔隙，就非常容易得到比較大的密實度，還有非常好的力學性作用，同時還能極大的節省工程項目的造價。依據日本鐵路的路基填料對CBR 數值的整體要求，也就是CBR ＞10%的標準，這個實驗的土樣在摻入中砂，和粗砂的量一定要超過15%，就可以用在高等級公路的路基填筑工序中，但是還存在的問題是，雖然弱、強的風化泥質粉砂巖，在摻入中砂，粗砂后，實驗土樣的CBR 數值就明顯的增加，而泡水的膨脹量卻是大大的縮減了，同時實驗的土樣的吸水量也極大的減少，但是吸水量還是比較大。所以通過實驗后的分析和研究，這種填料如果是用在高等級公路的路基材料的時候，還是應關注隔水和防水方面的問題，而且在實際的施工中，是絕對不能用在有浸水路堤的填料中的。同過以上的實驗，得出結論，第一點，在實驗土樣中，摻入中粗砂是非常有利于弱、強風化泥質粉砂巖的最大干密度的增大，但是其增加的幅度并不是非常的明顯，而且其最好的含水量，變化也不是十分明顯，這些情況可以看出，對現場填筑土的含水量，可以按照天然的含水量進行配比。第二點是，在弱、強風化泥質的粉砂巖中，摻入中砂和粗砂后，提高土體整體的CBR 數值，而其其水的穩性也得到了很好的增強，通過分析在92%的壓實度的改良土中，改良土的CBR 值都高于10%，所以它是可以用在高速鐵路的路基填料方面的。

3 總結

通過以上對試驗數據的詳細分析，在實際的應用中，最好是應用弱、強風化泥質的粉砂巖的摻入百分之二十的中砂和粗砂，之后再進行路基的填筑工作，但是針對這種改良后的填料，如果是用在高等級公路的路基材料時，還是要關注隔水和防水方面的問題，并且一定不能用在浸水的路堤填料上。

［1］胡萍，王永和，卿啟湘.軟巖改良土特性的室內試驗研究［J］.湖南工業大學學報，2007，21(2):96-99.

［2］王永和，胡萍，卿啟湘.影響土樣擊實試驗結果的試驗分析［J］.鐵道科學與工程學報，2006，3(6):31-34.