近海洪沖積低液限粉土路基物理-改良試驗研究

雷雨龍 孟勇軍 王建軍

摘要：為解決近海洪沖積低液限粉土路基承載能力不足、穩定性差的問題，文章基于沿海高速公路工程實例，采用物理改良方法對現場兩種不同土進行互相摻配，并對該摻配土樣進行了液塑限及重型擊實、加州承載比（CBR）實驗研究。試驗結果表明：通過對現場兩種不同土按比例互相摻配，其密度、強度、抗變形能力得到提高;低液限粉土的CBR主要受孔隙比及飽和度的影響，浸水對CBR值影響不大;在不排水條件下，隨著上覆壓力的增大，低液限粉土的承載能力降低。因此，可通過摻配，改善低液限粉土的級配和塑性指數，有效提高低液限粉土的強度、抗變形能力和水穩定性。

關鍵詞：低液限粉土;路基;物理改良;顆粒分析;CBR試驗

中圖分類號：U416. 03文獻標識碼：A DOI： 10.1 3282/j. cnki. wccst. 201 9.12.001

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0001 - 04

0引 言

近海洪沖積低液限粉土顆粒組成、界限含水率及結構性變化很大，從而造成填料分類評價、壓實控制及路基現場質量檢測和驗收評價有一定困難。對混合土進行分類評價雖然能夠解決大部分技術問題，但現場實際應用中密度相差很大，很難保證路基整體均勻壓實合格。同時，成型后的路基車轍深度較深，與直觀評價及工程經驗對比差異很大[1]。密度變異性是近海洪沖積土的固有屬性，如果為粗粒土，即使密度變異很大，只要按已有的方法進行壓實度修正及評定，理論上可以解決壓實問題，但現場車轍問題依然突出[2][3]。為了降低顆粒組成及界限含水率的變異性，從而降低密度變異性及路用性能變異性[4][5]，充分發揮結構強度的作用，解決密度變異性和車轍問題，使各項檢測指標滿足路基設計與施工技術標準要求，并與直觀經驗相符，需要對低液限粉土進行改良。

因此，本文通過研究現場兩種級配不良的土，將粒徑組成偏粗的白土與粒徑組成偏細的紅土按計算比例互相摻配，用偏粗的白土形成骨架，偏細的紅土填充骨架空隙，使得摻配土級配良好，容易壓實，以此解決上述工程問題。

1 理論及級配設計

近海洪沖積土礫粒、砂粒、粉粒及黏粒含量相當，任何一種粒徑都難以形成穩定的顆粒骨架，因而土的黏聚力低，顆粒骨架不穩定。

粗粒土的顆粒級配采用不均勻系數及曲率系數表示，即：

式中：Cu——不均勻系數;

Cz——曲率系數;

d10、d30、d60 ——粒徑分布曲線上小于該粒徑的土

粒質量分別占總土質量的10%、

30%和60%所對應的特征粒徑。

礫類土和砂類土中，C u≥5，Cz=1～3時，級配良好。

近海洪沖積粗粒土，d60和比。往往為砂?；虻[粒，d10為黏粒，這樣的土不均勻系數和曲率系數很大，級配不良。近海洪沖積細粒土以粉性土為主要類型，如果將粗粒土的顆粒級配表征方法推廣至粉性土，則粉性土顆粒級配曲線特征粒徑d10、d30和在d60十分接近，不均勻系數和曲率系數均較小，同樣級配不良。

近海洪沖積粗粒土不均勻系數Cu≥36時，填料壓實后會發生明顯離析，細顆粒全部落入粗顆?？障吨?，并可通過顆粒空隙遷移[6][7]。由此可知，近海洪沖積土屬于難壓實、難穩定的混合土，需要進行級配設計。

近海洪沖積土的顆粒級配設計目標是通過摻配改變其粒徑組成，控制Cu=5～36，Cz=1～3，使填料容易壓實，壓實后骨架穩定，不產生離祈。當Cu和Cz不能同時滿足時，以控制Cu為主。

待改良的土預先進行顆粒分析試驗，先通過0. 075 mm篩孔，得到粗粒土和細粒土比例。粗粒土采用篩分法進行顆粒組成分析，細粒土采用比重計法或移液管法進行顆粒組成分析，分別按以下公式擬合級配曲線：

式中：Pi——通過粒徑為d。的質量百分率;

D——土的最大粒徑;

A、n——回歸系數。

摻配細粒土主要適用于粉粒含量較高，通過摻配能夠調整粉粒土的Cu和Cz的情況，摻配細粒土降低d60，從而降低Cu。摻配細粒土的主要目的有兩個：（1）改善粉粒土的顆粒級配，提高粉粒土的穩定性;（2）提高混合土的粘聚力，從而提高土的強度。因此，摻配細粒土設計時，黏粒部分不參與級配設計。

選擇摻配用的細粒土，黏粒成分含量應較高，d60應小于待改善的土。分別對待改良的低液限粉土和擬用于摻配的細粒土進行顆粒組成分析，得到各種土的粉粒和黏粒含量，并對粉粒土的顆粒級配按式（3）進行擬合。

根據擬合曲線，按下式確定各組分的摻配量：

式中，fi為第j種摻配料的粉粒含量。其余符號意義同前。同理，設計Cu已知時，只能用于2組分摻配料設計。如果d60已擬定，則可用于3組分摻配料的設計。

摻配細粒土會改變土的塑性指數[8]，混合土的塑性指數按下式計算：

2 試驗及分析

2.1 現場調查及土樣定名

在廣西貴港至合浦高速公路No.7合同段K136+450～K136+ 900現場調查取土。取土剖面應結合考慮挖方邊坡開挖情況，除礫石土及砂土外，主要還有兩種特殊細粒土，為白色土和紅色土（見圖1）。取兩種土分別進行液塑限及顆粒組成分析，結果見表1。

2.2 摻配土級配及塑性指數設計

通過前一章節理論計算得出按質量比例白土：紅土-85：15進行摻配，通過0.005 mm篩孔的黏粒含量約為10. 7%。通過按比例摻配，土的不均勻系數約為10，級配良好，容易壓實穩定。

按質量比例白土：紅土= 85：15進行塑性指數設計。測定液限為41%，塑限為22%，塑性指數為19，在A線以上，為低液限黏土。

通過級配設計及塑性指數設計，改善低液限粉（黏）土的顆粒級配，使不均勻系數和曲率系數達到良好級配的要求。將不合格的白土與紅土摻配，可實現級配設計及塑性指數設計目標，不均勻系數可調整為10左右，級配明顯改善。

2.3 各土樣液塑限試驗及重型擊實試驗

依據《公路土工試驗規程》進行液塑限試驗和擊實試驗，結果見表2。

2.4 CBR試驗

2.4.1天然土樣CBR試驗

采用3×30次、3×50次和3×98次進行擊實，成型白土、紅土試件，按規定時間浸泡并進行CBR試驗，測定不同來源的白土及紅土不同壓實度下的CBR值，獲得不同壓實標準時各土樣強度試驗結果（如表3所示）。

2.4.2上覆荷載CBR試驗

在摻配土中自土占的比例較大且作為承力骨架存在，所以以下CBR試驗主要針對白土展開。根據路基應力情況，設計不同上覆荷載的CBR試驗，模擬白色低液限粉土在路基工作狀態下的強度特性。CBR試驗使用的上覆壓力為3 kPa，模擬試驗將上覆壓力確定為50 kPa時，相當于下路堤頂面受到的上覆壓力。

取白土土樣，在重型擊實成型后，分別采用上覆荷載3 kPa和50 kPa進行試驗，試驗結果見表4。

2.4.3有排水條件CBR試驗

采用側向滲透浸水及排水條件進行CBR試驗，加速飽和過程，并模擬路基現場排水條件。試驗采用白土液限為44%，塑限為24%，塑性指數為20，按液性指數為-0. 25確定含水率，即19%，最大干密度為1. 73 g/cm3，按最大干密度和壓實度為95%，采用靜壓成型制備試件。泡水前試件濕密度為1. 94 g/cm3，孔隙比為0. 66，飽和度為78%。

限制膨脹側向滲透泡水12 h，含水率為29.6%，孔隙比增大為0.80，飽和度為99.9%，CBR試驗上覆壓力為50 kPa，貫入量2.5 mm時為1.6%，貫入量5 mm時為2.O%。

在不排水條件下，隨著上覆壓力的增大，低液限粉土的承載能力降低，表現出明顯的非線性。先期固結壓力為50 kPa，泡水后CBR有一定降低。泡水后在50 kPa荷載和排水條件下進衍試驗，CBR與不施加荷載相比變化不大。

2.4.4 孔隙比與飽和度對CBR的影響

通過以上試驗，發現孔隙比和飽和度是影響CBR的主要因素，不同孔隙比和飽和度時CBR試驗結果見下頁表5。

孔隙比或初始飽和度過低時，低液限粉土在壓實過程或浸水過程中容易飽和。壓實過程中飽和度增加與浸水飽和度增加對CBR的影響規律基本相同，孔隙比為0. 5～0.6。初始飽和度為90%～93%時，浸水對飽和度的影響不大，從而對CBR的影響不大。

2.4.5摻配土CBR試驗

室內摻配土為白土：紅土= 85：15，其CBR試驗結果見表6。

由以上CBR試驗結果可知，承載能力不足的白土與紅土按計算比例摻配后，承載能力大幅提升。

3 結語

（1）白土與紅土按質量比例85：15摻配，不均勻系數可調整為10左右，級配明顯改善，密度提高，強度、抗變形能力和水穩定性也得到提高。

（2）在不排水條件下，隨著上覆壓力的增大，低液限粉土的承載能力降低。泡水后在荷載和排水條件下，CBR值與不施加荷載相比變化不大。

（3）低液限粉土的CBR值主要受孔隙比及飽和度的影響，孔隙比<0.6、飽和度<93%時，CBR隨著孔隙比與飽和度的降低而增加，增幅可達15%～30%。

參考文獻

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作者簡介：雷雨龍（1989-），碩士研究生，研究方向：公路與城市道路工程;

孟勇軍（1981-），高級工程師，博士后，從事瀝青路面研究工作;

王建軍（1983-），工程師，從事路橋方面研究工作。

基金項目：國家自然科學基金“北部灣濕熱環境下大粒徑瀝青混合料的疲勞損傷及開裂機理研究”（ 51968006）;廣西高等教育本科教學改革工程項目教改項目（2019JGBlOO）