膨脹土路基填料的土工試驗方法探討

梁瓊

摘 要：路基施工中的填料土種類較多，其中膨脹土因自身的干燥易開裂、吸水易膨脹特性而不能直接進行填充使用，所以在膨脹土工程施工中需要對其進行改良。本文將通過土工試驗的方法研究膨脹土的物理學特性以及改良后工程性質的變化特征。

關鍵詞：膨脹土；路基填料；改良；土工試驗

伴隨公路建設的快速發展，公路路基填筑材料的種類越來越多，我國部分地區的公路建設會遇到膨脹土地質，多數通過摻石灰法改良膨脹土特性，以達到路基填料的使用標準，為提高膨脹土路基填料使用性能，對其土方試驗方法進行探究。

1 測定摻石灰計量的方法

采用摻石灰法處理膨脹土路基時，對現場壓實土樣參灰率進行測定是檢測膨脹土施工質量的主要方法之一，是根據我國交通部門頒布的相關規章制度，利用乙二胺四乙酸二鈉方法（簡稱EDTA二鈉滴定法），對石灰或水泥穩定土中的石灰或水泥劑量進行測定。石灰土的摻石灰率測定試驗，是在石灰土浸提液中滴入EDTA二鈉，直至指示劑的顏色達到指示變色的終點，然后測量EDTA二鈉的總耗量。結合幾種給定石灰劑量數值的石灰土EDTA耗量標準曲線規律圖，方可確定被測石灰土中所含的摻石灰率。但此測定方法用于施工現場路基壓實土樣的參灰率測定，其結果通常較低，因此，測定膨脹土路基填料摻石灰率試驗時，多數采用室內土工試驗的方法，通過觀察不同齡期狀態下的同種摻灰土試樣測試結果，來獲取準確的摻石灰計量。

2 現役期石灰改良后膨脹土路基的特征

通過室內土方試驗方法獲取膨脹土改良的相關參數值，在填充完路基工程之后，需要對其使用功能進行更深一層的研究，比路基建設時期相比較，路基進入服役期之后，還需要面對循環交通的荷載作用，一般情況下，嚴格按照相關施工標準進行的路基壓實工藝施工，都能夠滿足路基的荷載層壓能力，但是在路基在長期的交通荷載作用力下，會產生變形問題，甚至發生路基下沉現象。因此在采用石灰改良方法對膨脹土路基進行處理之后，需要對路基進行荷載力測試試驗，主要通過建立路基斷面三維原數值模型的方式，模擬計算交通荷載的周期特點，現役期路基的變形問題會隨著公路交通的荷載力不斷增加，根據路基的服役時間長短，會呈現出不同的穩定、緩慢、快速等特征，路基在運營期內服役3年，其沉降可以得到有效的控制。路基使用5年后，其變形量小于3.6mm，由此可見循環交通的荷載作用狀態下，路基累積變形量相對較小，多數呈現穩定發展態勢，足以說明，石灰改良后的膨脹土路基作為公路基層填充材料，可以滿足公路長期服役的安全性要求。

3 試樣飽和度對摻石灰膨脹土力學性質的影響

通過室內土方試驗方法對摻灰土試樣的飽和度進行不同齡期階段的力學性質測試，用來研究膨脹土地基摻石灰壓實之后的力學性質，試樣飽和的抽氣飽時間不同，所得強度也會不同。以摻灰率為4%的膨脹土填料為測試對象，對其進行兩種不同時間段的抽氣飽和試樣試驗進行對比。第一種試驗方法按照《土方試驗方法標準》進行操作，此方法需要在膨脹土試樣制備完成之后，立即進行抽氣飽和操作，后將其養護在水中，分為1天、7天、28天三種養護齡期，此試驗方法稱為“先抽氣飽和試樣”；第二種試驗方法按照《公路路面基層的施工技術規范標準》進行操作，在完成試樣制備之后，需要將其在特定溫度下進行一段時間的保濕養護，在預定齡期前一天才能進行抽氣飽和，此試驗方法稱為“后抽氣飽和試樣”。主要通過無側限抗壓強度、壓縮兩種方式進行項目試驗對此，根據試驗的對比結果，將相關數據進行整理可以得到兩種方式下的抽氣飽和時間齡期與無側限抗壓強度之間的關系曲線圖。試驗結果可以表明，先抽氣飽和試樣方法，因為具備足夠水分，石灰與膨脹土之間可以進行充分的化合作用，可以有效的改善土質力學性質，提高壓縮模量與強度。所以在實際膨脹土路基填料工程施工中，采用石灰法改良膨脹土性質，在保證路基壓實度基礎之上，適當增加壓榨施工過程中的含水率，充分利用石灰和土料的化合作用，改善土質的力學性質，降低工程完工后因浸水問題引發的膨脹量問題。但需要注意含水率不宜過大，避免出現妨礙路基壓實度現象，從而產生因壓實干密度不達標而引發的收縮變形問題。

4 膨脹力測定和估算方法

采用固結儀對試樣土膨脹力進行試驗測定，用小鉛丸取代試驗砝碼對試樣進行施壓測試，以便隨時加減荷載力，試樣注入水后會發生膨脹，應立即施加適量的平衡荷重，不讓試樣膨脹，在試驗過程中需要不停加注水量，所以試樣會不斷膨脹，需要不斷施加平衡荷重，直到試樣達到某級荷載后，經過2h都不再膨脹，此級荷重即可達到穩定測試數值，最后利用總平衡荷重來計算膨脹力。目前不再使用人工方法添加鉛丸，采用三軸儀加荷裝置控制注水膨脹反應，無側向變形基礎上，對膨脹土試樣進行注水，會產生膨脹力和無壓膨脹率，膨脹力作為限制試樣膨脹的內應力，無壓膨脹率則是完全釋放膨脹力，即試樣壓力值為零狀態下的膨脹率。膨脹力和無壓膨脹率與試樣膨脹指數均有關，膨脹指數是膨脹變形和壓力對數之間的比值，膨脹力Pe的數值測定方式較為復雜，需要利用專業設備，可以根據膨脹土試樣的壓縮減壓試驗方法獲得膨脹指數CS與無壓膨脹試驗所測空隙比變化△e的估算公式如下：logPe=△e/CS，雖然這樣的方式估算的數值較為粗略，但是可以有效的去除實測膨脹力試驗帶來的不便，可以滿足實際工程應用需求。

5 土方試驗結果總結

在已用膨脹土改良實踐經驗的基礎上，結合室內土工試驗方法，對不同參石量的膨脹土石灰改良方案進行分析，可以得知，膨脹土中摻入石灰之后其內部性能會發生一系列的物理和化學反應，從而形成膠凝狀團聚物，使得膨脹土內部結構可以更加致密，不僅僅可以提高路基的抗剪強度和7天飽和無側限抗壓強度，還可以降低土質膨縮性，其改良方案可操性較高。此外采用兩種抽氣飽和試樣方法進行壓縮模量和無側限抗壓強度測試，可以得出試樣含水率高低對路基的壓實效果也有顯著的影響。

結語

通過對膨脹土路基填料土工試驗方法進行科學的分析及使用成效探討，可以為膨脹土工程的設計與質量檢測工作提供理論依據，因此，需要不斷完善試驗方法，簡化操作步驟，提高試驗結果的可靠性與實操性，為膨脹土工程施工奠定堅實的技術支撐。

參考文獻

[1]武慧霞.淺談膨脹土路基填料的土工試驗技術[J].中國科技投資，2013（33）：293-293.