廣西高液限土路基填料試驗(yàn)研究

零建威 駱俊暉 劉先林

摘要：高液限土物理力學(xué)性質(zhì)很差，在公路建設(shè)過(guò)程中易引起路基的不均勻沉降、路面裂縫、路基邊坡塌坊等病害。為研究高液限土作為路基填料時(shí)易出現(xiàn)的工程問(wèn)題，文章分析了高液限土干濕交替過(guò)程中的擴(kuò)張和壓縮變形及強(qiáng)度變化情況，并對(duì)高液限土進(jìn)行了一系列室內(nèi)測(cè)試。結(jié)果表明，高液限土具備高液限、高塑性指數(shù)特征，從而導(dǎo)致土體的變形很大、強(qiáng)度降低、CBR值偏小，因而不能直接作為路基填料，需要對(duì)其進(jìn)行改良處治。

關(guān)鍵詞：路基填料;高液限土;干濕循環(huán);收縮性;CBR試驗(yàn)

0 引言

兩廣地區(qū)是高液限土分布最為廣闊的地區(qū)，在高速公路建設(shè)和建成使用期間，已有不同的路段發(fā)生多起高液限土導(dǎo)致的不均勻沉降變形病害。高液限土物理力學(xué)性質(zhì)很差，具體表現(xiàn)為高液限、高塑性指數(shù)、原始含水率高;施工過(guò)程中難以壓實(shí);失水收縮，變形較大，水穩(wěn)定性較差[1]。由于高液限土留存著以上不良性質(zhì)，在公路建設(shè)過(guò)程中，如果處治不妥，則會(huì)導(dǎo)致路基的不均勻毀壞，伴隨著使用過(guò)程中車輛的動(dòng)荷載以及旱季雨季地表地下水位發(fā)生改變，使路基填土的飽和率發(fā)生周期性變化。高液限土具備著很強(qiáng)的親水性，其含水率的反復(fù)變化會(huì)引起土體體積的反復(fù)脹縮，使土體內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，結(jié)構(gòu)遭到破壞，最終導(dǎo)致土體強(qiáng)度降低，出現(xiàn)路面縫隙、路基邊坡塌坊等病害[2]。當(dāng)高等級(jí)公路出現(xiàn)此類病害以后，就會(huì)影響到公路的正常使用。研究切實(shí)可行的病害治理方法，對(duì)于延長(zhǎng)公路壽命和節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本有著重要的意義[3]。

本項(xiàng)目針對(duì)高液限土作為路基填料時(shí)易出現(xiàn)的工程問(wèn)題，主要進(jìn)行以下兩個(gè)方面的研究：高液限土改良方法研究，高液限土和改進(jìn)土的干濕交替后其變形和強(qiáng)度特性的變化規(guī)律研究，并分析其變形和強(qiáng)度特性的變化對(duì)路基的影響，在此基礎(chǔ)上聯(lián)合病害調(diào)查資料研究高液限土路基病害產(chǎn)生的機(jī)理。

1 高液限土的基本物理力學(xué)性質(zhì)

對(duì)高液限土的基本物理力學(xué)性質(zhì)主要實(shí)行了顆粒分析測(cè)試、擊實(shí)測(cè)試、膨脹性測(cè)試、快剪和CBR測(cè)試。測(cè)試按《公路土工測(cè)試規(guī)程》（JTGE40-2007）相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

高液限土的基本物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)下頁(yè)表1、表2。測(cè)試所用土樣的細(xì)粒容量為89.6%，黏粒容量為18.1%，液限為69.8%，塑限為33.0%，為高液限黏土（CH）。

2 高液限土干濕交替過(guò)程中的擴(kuò)張和壓縮變形

干濕交替測(cè)試使用面積為30cm2、高為2cm的環(huán)刀樣式進(jìn)行。一次干濕交替測(cè)試分成進(jìn)水膨脹和出水收縮兩個(gè)過(guò)程。

進(jìn)水膨脹過(guò)程為：首先將樣品浸水飽和，慢慢將水位升至淹沒(méi)試樣頂為止，等試樣膨脹平穩(wěn)后取測(cè)試樣高度。出水收縮過(guò)程為：把浸水飽和后的試樣風(fēng)干至其飽和度為70%時(shí)量測(cè)試樣的高度[4]。

高液限土的膨脹率隨交替次數(shù)的變化關(guān)系如圖1及表3所示。

從膨脹率隨干濕交替次數(shù)關(guān)系曲線能看出，高液限土的絕對(duì)膨脹率為10.5%，且經(jīng)過(guò)6次干濕交替后絕對(duì)膨脹率基本趨于不變;從相對(duì)膨脹率和干濕交替次數(shù)關(guān)系曲線能看出，前3次干濕交替過(guò)程中，相對(duì)膨脹率增大，以后隨著干濕交替次數(shù)的增長(zhǎng)，相對(duì)膨脹率下降。這說(shuō)明前3次飽和風(fēng)干過(guò)程對(duì)土體結(jié)構(gòu)影響很大，而隨著交替次數(shù)的持續(xù)增長(zhǎng)，土體結(jié)構(gòu)趨于破壞。

根據(jù)高液限土樣品每次飽和與風(fēng)干的情況可知：第1次干濕交替，試樣飽和后，土體試樣表面出現(xiàn)輕微的隆起，風(fēng)干后試樣少許收縮，與環(huán)刀內(nèi)壁出現(xiàn)縫隙;第3次干濕交替后，試樣因膨脹而導(dǎo)致表面裂隙繼續(xù)發(fā)展，表層膨脹突出環(huán)刀的部分出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，一些開(kāi)裂土塊脫離試樣;第6次干濕交替后，試樣破損嚴(yán)重，試樣基本從環(huán)刀脫落[5]。

3 高液限土干濕交替過(guò)程中的強(qiáng)度變化

試樣制備和測(cè)試方法：將風(fēng)干土用膠皮擊碎以后，過(guò)2mm篩，稱取一定質(zhì)量的水，均勻噴灑于干土中拌和均勻，養(yǎng)護(hù)一晝夜備用。此時(shí)濕土的容水率約為最優(yōu)容水率，所添加的水的質(zhì)量按照式（1）進(jìn)行計(jì)算。

把養(yǎng)護(hù)一晝夜的土樣，按照97%的壓實(shí)度采用靜壓法壓制成環(huán)刀試樣，環(huán)刀的尺寸為直徑61.8mm，高度為20mm[6]。試樣經(jīng)過(guò)0～6次干濕交替后進(jìn)行快剪測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4、圖2～5所示。

從表4和圖2～5可以表明，高液限土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)隨著交替次數(shù)的增長(zhǎng)而下降。經(jīng)過(guò)6次干濕交替后，相比于未經(jīng)過(guò)交替的試樣，粘聚力降低約47.3%，摩擦角減小約43.5%。其中：0～3次干濕交替過(guò)程，粘聚力降低約33.3%，摩擦角減小22.6%;3～6次干濕交替過(guò)程，粘聚力相對(duì)降低約14.0%，摩擦角相對(duì)減小約21.0%。

4 擊實(shí)及CBR測(cè)試

4.1 擊實(shí)試驗(yàn)

進(jìn)行室內(nèi)重型擊實(shí)測(cè)試研究改進(jìn)土的壓實(shí)性，測(cè)試設(shè)計(jì)為高液限土測(cè)試。試樣的制備方法為：（1）拿風(fēng)干土樣用膠皮錘粉碎，然后過(guò)5mm篩;（2）測(cè)量風(fēng)干土的含水率;（3）將土樣按照每2.5kg一袋分成21袋，每7袋一組，分成三組;（4）稱取不同質(zhì)量的水噴灑于2.5kg高液限土中并拌和均勻，使得7份土的含水率從低到高依次相差2%，大致分布于估算最佳容水率附近。將拌和好的土樣進(jìn)行養(yǎng)護(hù)一夜備用。

4.2 CBR測(cè)試

承載比CBR值是一種評(píng)定土基抗壓能力的指標(biāo)，抗壓能力以原料抵制部分荷載壓入變形為特征，并采取高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為規(guī)范，以它們的相對(duì)比率表示CBR值。即：

通過(guò)試驗(yàn)獲得最大干密度，按照97%的壓實(shí)度，用千斤頂靜壓法成樣。試樣制好后，放在地下室裸露在空氣中養(yǎng)護(hù)7d、28d。

主要測(cè)試步驟如下：把試樣固定在帶有調(diào)試桿的多透水板上，再加上荷載板;將試件放入水槽，安設(shè)百分表，取百分表初讀數(shù);向水槽內(nèi)倒水，使水面高于試件頂面約25mm，浸泡4d;記錄末讀數(shù)，計(jì)算膨脹量;從水槽內(nèi)拿出試件，倒去里面的水，取去多孔板和荷載板，晾置約10min;稱量試件浸水后的質(zhì)量后進(jìn)行貫入測(cè)試。

最終測(cè)試結(jié)果得到高液限土的CBR=6.1%。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）高液限土的基本物理力學(xué)性細(xì)粒容量為89.6%，黏粒容量為18.1%，液限為69.8%，塑限為33.0%，為高液限黏土（CH）。由膨脹率試驗(yàn)得出絕對(duì)膨脹率為10.5%，且經(jīng)過(guò)6次干濕交替后絕對(duì)膨脹率基本趨于不變。前3次干濕交替過(guò)程，相對(duì)膨脹率增大，以后隨著干濕交替次數(shù)的增長(zhǎng)，相對(duì)膨脹率下降，而隨著交替次數(shù)的持續(xù)增長(zhǎng)，土體結(jié)構(gòu)趨于破壞。

（2）抗剪強(qiáng)度參數(shù)隨著交替次數(shù)的增長(zhǎng)而下降，經(jīng)過(guò)6次干濕交替后，相比于未經(jīng)過(guò)交替的試樣，粘聚力降低約47.3%，摩擦角減小約43.5%。其中0～3次干濕交替過(guò)程，粘聚力降低約33.3%，摩擦角減小22.6%;3～6次干濕交替過(guò)程，粘聚力相對(duì)降低約14.0%，摩擦角相對(duì)減小約21.0%。CBR試驗(yàn)得出CBR為6.1%。

（3）通過(guò)基本物理性質(zhì)測(cè)試和水穩(wěn)定性測(cè)試可以得出，高液限土具備高液限、高塑性指數(shù)的特征，從而導(dǎo)致土的水穩(wěn)定性較差，隨著容水量的變化土體的變形很大，強(qiáng)度降低，CBR值偏小，因而不能直接作為路基填料，需要對(duì)其進(jìn)行改良處治。

參考文獻(xiàn)：

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