低液限粉性土壓實技術及其穩定性研究

王 海，馬德軍

（新疆應用職業技術學院，新疆 奎屯 833200）

隨著經濟的發展，我國公路建設項目已經延伸到國土的各個角落中，由于我國幅員遼闊，地區差異較大，許多地方的土質并不適合作為路基使用。因此根據實際情況對土質進行加工改良，讓不符合路基要求的土質適宜工程建設需要，提升路基強度才是解決問題的根本，也是最經濟最有效的解決方式。但在壓實之后還要考慮道路投入使用后是否會因行車和自然沉降等因素導致的壓實度降低問題。所以在對特殊土質進行壓實后，還要以其長期穩定性為標準，對道路路基進行檢測。

1 低液限粉土兩種壓實技術的性能對比

在土質壓實理論中有靜態壓實和振動壓實兩種方式。靜態壓實就是在土壤鋪好后借助滾輪壓路機的靜荷載對路基材料產生剪應力，進而達到壓實目的。而振動壓實則是利用振動壓路機工作中所產生的激振力將土體壓實。根據我國相關技術標準中明確指出了相關土質的壓實需要采用標準擊實方法。因此在實驗中首先采用靜態壓實試驗，來檢驗標準擊實下低液限粉土壓實性能。

1.1 靜態壓實試驗下低液限粉土性能研究

在試驗中為了更好檢測靜態壓實技術下低液限粉土性能，主要依據《公路土工試驗規程》的方法，采用直徑5cm、質量4.5kg的擊錘在45cm高度落下擊打。裝有低液限粉土的試驗筒高度為12.7cm，容積約為1000cm3，試驗流程采用五層填料，每層擊打27次的方法。具體擊打方法為在試驗筒內放入少量土壤，然后分層擊打，每層土壤的數量要大約一致。在擊打完成后，壓實后的土壤面應低于試驗筒。在清理干凈后，將筒和土壤的總質量進行稱量，然后計算壓實后土體的濕密度。推出土壤選擇兩個具有代表性的測定含水量，在經過壓實后計算代表樣品的干密度。數據如下圖1所示。從試驗結果看，低液限粉土在靜態壓實下的擊實曲線是單峰曲線，即存在一個最佳含水量和最大干密度。粉土中粉粒含量的多少對干密度影響僅次于粒度成分，粉粒含量越大則干密度越大。

圖1 采用靜態壓實方法處理后的低液限粉土含水量—干密度曲線

但是在實際試驗過程中發現當試驗土壤中含水量較小時，在試驗筒中很容易被擠出來。當試驗土中的額外增加含水量后就很難被壓實或者出現彈簧土。隨后的試驗中不斷增加對樣品的擊打次數，隨著次數的增加土壤顆粒之間的空隙減少，進而有效地提高了密實度。

1.2 振動壓實試驗下低液限粉土性能研究

振動壓實技術主要是在振動條件下低液限粉土所表現出的壓實特點，從物理學角度看，土壤振動的過程即是各個顆粒在平衡位置上做往復運動，通過顆粒在物理量上的平衡達到壓實目的。有學者認為顆粒在振動作用下內摩擦力會降低，剪切強度減小，抗壓阻力降低進而達到密實狀態。有學者認為在振動下，土壤會產生剪應變，進而讓顆粒重新排列而實現密實。因此在低液限粉土壓實中，由于顆粒間的粘合力較小，如果含水量大的話顆粒間的附著力會成倍增加而影響顆粒移動。所以振動壓實中應采用壓力和剪力，振動頻率達到一定時最容易達到穩定壓實效果。試驗中以某機械振動臺為器械進行，其參數為荷載100kg；振動頻率為5～60Hz；振幅空載為5mm，滿載為2.5mm。試驗筒為直徑15cm的擊實筒，高14.3cm，容積為2600m3。

通過實驗發現低液限粉土在振動壓實中由于表面壓力的存在，因此干密度會明顯增加。在沖擊振動中時間越長低液限粉土干密度越高，但在一定時間（6min）后繼續增加振動壓實時間土壤的干密度變化變慢甚至無變化。因此可見單純依賴增加振動壓實時間并不能繼續增加干密度。在隨后的實驗中，將振動時間固定而增加振動振幅，發現振幅越大試驗土壤的干密度越大，加速度越大低液限粉土被壓實效果越好。在研究振動頻率對壓實度的影響中，隨著頻率的增加干密度并未隨之增加。原因在于粉土顆粒之間具有粘結力，在高頻率下這種粘結力會被破壞導致干密度的降低。

2 低液限粉性土壓實與穩定性研究

對低液限粉性土常用的兩種壓實技術進行了分析，對比可見在不同條件下，不同壓實技術會產生不同的效果，但兩種方式對低液限粉性土的壓實都具有積極作用。低液限粉性土做路基中，也可以通過加入一些結合料，提升其穩定性然后壓實和養護后作為路基使用。針對低液限粉性土的特點，可以從以下幾個方面進行。

首先低液限粉性土粉性含量高，粘粒含量低而且顆粒更接近球體，采用常規的壓實方法很難獲得有效質量。因此需要加入一些原材料然后經過壓實讓原本不穩定的低液限粉土轉變為穩定的路基。

其次在實驗中為了滿足相關技術標準和要求，讓路基抗裂性能達到設計標準。在混合料的設計中盡可能選擇穩定性強和技術標準推薦的配合比，分別采用熟石灰、水泥、石灰水泥和石灰粉煤灰對低液限粉土進行加固。

在對樣品參加摻合料后，分別呈現了四種結果。分開研究，在低液限粉性土加入熟石灰后，隨著摻入量的增加熟石灰與粘土產生膠結現象，然后抗壓強度較好。隨著時間的增加，摻和熟石灰的低液限粉土的強度也逐步增加。但在隨后的測試中在28d、60d及90d之間其強度沒有明顯變化，且抗壓強度小于0.8MPa不符合技術要求。

在低液限粉土中加入水泥后，發現水泥量增加會導致混合土強度的提升，其抗壓強度即是水泥的抗壓強度。而且隨著時間的推移，這種水泥混合低液限粘土的土體穩定性不斷增加。雖然其抗壓強度比熟石灰效果好，但是在7d內的抗壓強度依然不滿足高速公路對路基的要求。

第三種加入水泥和熟石灰混合后，該混合土的強度得到有效增強。混合土的可塑性也有一定的降低，相關研究表明可塑性越小其穩定性效果越佳。但是在后續測驗中發現該混合土7d內抗壓強度也未達到相關要求。

第四種是在低液限粉性土中加入熟石灰和粉煤灰，研究這兩種添加劑對其穩定性和強度的作用。隨著無機摻和料的增加，該混合土的強度也在增加。經過多次研究發現兩種摻和料下的低液限粉土穩定性和強度可以滿足相關要求，具體摻和比例為8：16：76。

3 結語

本研究以低液限粉性土壓實技術入手，通過4種摻和料對比的方式，研究了各種配比方式對低液限粉土穩定性、強度的影響，加入熟石灰、粉煤灰低液限粉土的強度和穩定性更好。在加入無機結合料后，土體會發生各種反應進而促進穩定性的增強，然后借助壓實和養護，就可以讓低液限粉土符合高速公路對路基的要求。