高液限黏土改良試驗及路基沉降控制探討

摘要：在我國南方多雨地區，高液限黏土是一種常見的不良土質，受水的影響會使土體壓縮強度增加，加劇路基沉降，影響路基的穩定性。為了保證公路路基的施工質量，文章首先對高液限黏土進行改良實驗，然后根據實驗結果對沉降控制措施進行了探討。

關鍵詞：高液限黏土；改良實驗；路基沉降控制；不良土質；公路路基 文獻標識碼：A

中圖分類號：U414 文章編號：1009-2374（2016）25-0111-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.054

1 工程概況

某公路工程所經地區水系比較發達，雨水較多，路線很多地方臨近河流，有很多的臨河路堤或是經過沖積區。受河流季節性漲落及雨水的影響，地下水位產生了比較大的變化。土壤含水量過高，致使高路堤以下地基處在干濕循環的過程中，地基強度也會被軟化，產生了比較大的沉降，工程中存在很多高液限黏土等不良土質，增加了換土難度，需要對土體進行改良。

2 高液限黏土的特點

（1）塑限指數比較大，液限高，對水比較敏感，天然含水量高；（2）透水性和固結性差，孔隙比大，需要花費比較長的時間固結；（3）高液限黏土很難壓實和破碎，遇到水后強度會急劇下降；（4）具有風化性、多裂隙性、崩解性、脹縮性等特征，施工難度大。

公路工程施工過程中遇到高液限黏土時，受到庫區水干濕循環效應的影響，路基強度過低，特別對于一些對水比較敏感的土質，很容易產生比較大的工后沉降和不均勻沉降，破壞路基結構。

3 高液限黏土改良實驗

該公路工程為典型的庫區公路，對現場路基含水量進行分析后發現，土中天然含水率為27.5%，為細粒土，液限位55.3%，屬于比較典型的高液限黏土。在使用石灰進行改良時，一般會摻入3%～5%的石灰量，隨著加入石灰劑量不斷增加，土體的穩定性和強度會隨之提升。但是當加入的劑量超過范圍值后，在空隙中會有很多的石灰以自由灰狀態存在，致使石灰土強度降低，為了準確地分析高液限黏土的改良情況，制定了以下改良方案：

3.1 界限含水率實驗

使用塑限和液限聯合測定法對路基填筑過程中摻入4%石灰、高液限黏土素土、1%T.O.P+2%石灰改性劑溶液改性土進行界限含水率實驗。

3.2 擊實實驗

對收集的摻4%石灰、高液限黏土素土、摻1%T.O.P+2%石灰改性溶液改性土進行擊實實驗。通常使用普氏擊實儀進行試驗，先按照不同的含水梯度進行試樣的制作，然后按照一定的質量將制備好的試樣放到擊實筒中擊實，每一次都要按照規定的錘數和標準進行施工。根據筒體體積和擊實筒中土體質量將不同含水率下實土的擊實密度pa計算出來。與此同時，將實土體重含水率w測定出來，并將土體干密度pd計算出來，將干密度計算出來后，在直角坐標上繪制出各點對應的干密度和含水量，曲線的最高值代表最大干密度，對應的含水量就為最優含水量。

3.3 CBR實驗

對摻4%石灰、素土、摻1%T.O.P+2%石灰改性溶液改性土進行CBR試驗。

CBR實驗制作和擊實實驗方法一致，試件擊實后在水中泡四晝夜然后進行貫入試驗，在試件試驗時，需要在試件頂部放置四個標準荷載板對路基受路面的附加應力狀態進行模擬。在貫入實驗時，材料承載力越大，貫入桿在試件中貫入深度相同時受到的承載力就越大。材料的CBR值指的是貫入桿貫入5mm或2.5mm時受到單位荷載和標準碎石相同貫入量下標準荷載強度間的比值，并根據該值對路面材料和路基土材料強度特征進行評價。

3.4 耐久性實驗

分別使用摻4%石灰、素土、摻1%T.O.P+2%石灰在含水率最優的情況下進行CBR試件的制作，同一個種類的CBR試件分布在水中浸泡四晝夜、八晝夜、十二晝夜、二十晝夜，對CBR衰變的具體規律進行研究，并對比T.O.P改良和石灰改良的耐久性。實驗結果如表1所示。

的實驗結果可以看出，使用T.O.P（石灰和高油脂乳化瀝青混合物）改性劑和石灰進行庫區公路路基高液限黏土進行改良具有更好的改良效果，而使用2%石灰+1%T.O.P和4%的改良效果差別并不是很大。

4 路基沉降控制措施

根據庫區高液限黏土路基對填筑施工的基本要求，為了保證路基的填筑質量，制定了以下三種改良方案（如表2所示）。

本公路工程所在地區地下水位比較高，并且隨著季節的變化水位也會產生比較大的變化，路基土會長期處在干濕循環的環境中，對應高液限黏土來說，干濕循環環境會對其穩定性造成比較大的影響，引起路面病害和路基沉陷。所以此項目在選擇高液限黏土改良方案時，還要對路基的水穩定性進行考慮。

4.1 方案一

使用石灰改良上路床可以有效提高路基路面的整體性，與此同時，為了進一步對路基水文情況進行改善，在庫區路段常水位使用砂墊層，不僅可以防止地下水位升高，而且可以對路基水文情況進行改善，提高路基的穩定性；下路床使用素土改良，可以保證路基強度達到要求，采用這種改良方法不僅技術比較成熟，而且施工成本比較低。

4.2 方案二

使用石灰對上路床進行改良可以全面提升路基整體性；使用石灰改性劑對下路床進行改良，可以保證路基的強度，并且改良劑的封水效果好，可以全面降低高液限黏土膨脹量，減少路基造成的水損壞，保證路基的穩定性，并且后期公路的養護成本相對來說也比較低，但是這種施工工藝較為復雜，改良效果也沒有石灰的改良效果好，施工技術相對來說也不成熟。

4.3 方案三

上路床精加工層選擇爆破石料，不僅強度可以達到要求，而且成本比較低，受采購材料的限制比較小，可以保證施工進度，是非常不錯的施工方案。

通過對上述三個方案進行分析后發現，這三個方案都可以達到路基強度要求，因此在選擇施工方案時，重點對比方案的經濟性，綜合對比后本工程施工方案三進行施工，將石方按照70%～80%、土方按照20%～30%的比例進行摻合后進行填筑施工，填筑過程中先利用推土機初平，然后使用羊足碾碾壓兩次，使用平地機進行精平，光碾振壓三遍、靜壓一遍。

經計算，如果處理高度為1m3的高液限黏土，使用換爆破石料的單價為167元/m3，摻1%T.O.P改性劑改良單價為70元/m3。本工程高速公路連接線試驗路基寬度為22m，路基整正線長度為195m，經過計算后發現，方案一的施工費用為128045元，方案二的施工費用為420645元，方案三的施工費用為453642元。綜上所述，本工程上路床使用4%石灰進行改良，提升路基整體性，庫區常水位30cm使用爆破石料來對水文情況進行改善，控制地下水位上升，減少路基水損壞，提高路基的穩定性，降低路基沉降以及公路后期的養護成本，下路床使用素土進行改良，保證路基強度可以達到要求。

5 結語

本文以實際工程為例，使用T.O.P改性劑和石灰對高液限黏土進行了室內改良實驗，并綜合對比了各種不同的改良方案，選擇出了綜合效益最好的方案一作為路基的改良方案，不僅有效控制了路基的沉降，同時也提升了路基的穩定性，降低了公路后期養護成本，為類似工程施工積累了經驗。

參考文獻

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作者簡介：梁武軍（1984-），男，陜西渭南人，中交二公局第三工程有限公司工程師，研究方向：路橋施工。

（責任編輯：小 燕）