基于沖擊夯下的回填土填料改性研究

閆敏 方軍 王永軍 沙仁陶格斯 喬在雄

摘 要：對基于沖擊夯下的回填土夯實的填料進行改性處理，研究了水泥、石灰和粉煤灰配比對路基填料最佳含水率、最大干密度、粘聚力、內摩擦角和無側限壓縮強度的影響。結果表明，4種改性土的最佳含水率都高于素土，且最佳含水率從高至低順序為：S4>S1>S3>S2。改性土的最佳含水率都相較素土有所增加，而最大干密度有所減小，最大干密度從大至小順序為S3>S4>S2>S1。改性土的28d粘聚力明顯高于7d粘聚力，且改性土粘聚力從大至小順序為S4>S3>S2>S1，且都明顯高于素土;S3改性土的內摩擦角最大。隨著齡期從7d增加至28d，素體和改性土的無側限壓縮強度都有不同程度提高;改性土的7d和28d無側限壓縮強度都明顯高于素土，且改性土的7d和28d無側限壓縮強度從高至低順序為S4>S3>S2>S1。

關鍵詞：回填土;沖擊夯;素土;改性土;性能

中圖分類號：TU411.7 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）08-0127-04

Research on Modification of Backfill Soil Filling Based on Impact Ramming

Yan Min1， Fang Jun2， Wang Yongjun3， Sharen Tauges4， Qiao Zaixiong5

（1.Ordos Institute of Technology， Ordos 017010， China; 2. Ordos City Government Investment Project Agent Construction Center， Ordos 017010， China; 3. Inner Mongolia Yitai Real Estate Group Co.， Ltd.， Ordos 017010， China; 4. Ordos City Construction Engineering Quality Supervision Station， Ordos 017010， China; 5. Xingtai Construction Group Co.， Ltd.， Ordos 017010， China）

Abstract：Modified fillers based on rammed backfills under impact ramming were performed， and the effect of the ratio of cement， lime and fly ash on the optimum moisture content， maximum dry density， cohesion， internal friction angle and unconfined compressive strength of subgrade filling is studied. The results show that the best moisture content of the four modified soils is higher than that of the plain soil， and the best moisture content from high to low is S4 > S1 > S3 > S2. The best moisture content of the modified soil is higher than that of the plain soil， but the maximum dry density is decreased. The order of the maximum dry density is S3 > S4 > S2 > S1. The 28d cohesion of the modified soil is significantly higher than that of the 7d， and the cohesion of the modified soil is S4 > S3 > S2 > S1， which is obviously higher than that of the plain soil; the internal friction angle of S3 modified soil is the largest. With the increase of age from 7d to 28d， the unconfined compressive strength of both plain and modified soil increased in varying degrees; the 7d and 28d unconfined compressive strength of modified soil was significantly higher than that of plain soil， and the order of 7d and 28d unconfined compressive strength of modified soil from high to low was S4 > S3 > S2 > S1.

Key words：backfilled soil; impact ramming; plain soil; modified soil; performance

沖擊夯是利用沖擊和沖擊振動作用分層夯實回填土的壓實機械，在公路路基施工工程的回填土夯實中有較為廣泛的應用，可以對粘性土、砂及礫石等散狀物料進行振動沖擊夯壓實[1]。隨著我國公路路基基建規模的不斷擴大，路基填料作為公路施工環節中的重要支撐部分，對整體公路穩定性和耐久性起著至關重要的作用[2-3]。由于我國粉砂土覆蓋面積較廣，粉砂土通常作為路基填料使用，而由于這種填料存在強烈的毛細作用，在實際應用過程中容易損壞而難以滿足應用需求[4-5]。在此基礎上，結合公路路基填料的應用需求，對粉砂土填料進行改性處理已成為必然趨勢[6]，文章以水泥、石灰和粉煤灰為改性材料，考察其配比對粉砂土填料各項物性指標的影響，以期為粉砂土填料改性及高質量路基填料開發提供技術支撐。

1 試驗材料與方法

取某地區地表層粉砂土（素土）為原料，依據JTG E40-2007《公路土工試驗規程》對土體進行篩分，結果表明粒徑0.075～2mm和<0.075mm的占比分別為69%和30%，含水率為7.9%。為了對路基填料粉砂土進行改性，以水泥（表觀相對密度3.05、粒度<0.5mm為100%）、石灰（含水率0.53%、0.71mm方孔篩余0.43%）和粉煤灰（細度14%、燒失量7.0%、堆積密度0.75g/cm3、含水率0.11%）作為主要原料。

結合基于沖擊夯下的回填土夯實的路基填料的實際應用需求，設計了表1所示的正交試驗表。其中，水泥含量分別為2%和4%，石灰含量分別為5%和7%，粉煤灰含量分別為2%和4%。

根據JTG E40-2007《公路土工試驗規程》和JTG E51-2009《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》進行擊實試驗，測試素土和改性土的最佳含水率和最大干密度;根據JTG E51-2009《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》進行直剪試驗，測試7d和28d剪切強度;根據JTG E51-2009進行改性土和素土的無側限壓縮強度試驗，取5組試樣的平均值作為測試結果。

2 試驗結果與分析

圖1為素土和改性土的最佳含水率測試結果。對比分析可知，對于未添加水泥、石灰和粉煤灰改性的素土，其最佳含水率為12%;對于添加水泥、石灰和粉煤灰改性的素土，當水泥含量2%、石灰含量5%和粉煤灰含量2%時，改性圖S1的最佳含水率為12.62%;對于添加水泥、石灰和粉煤灰改性的素土，當水泥含量2%、石灰含量7%和粉煤灰含量4%時，改性圖S2的最佳含水率為12.43%;對于添加水泥、石灰和粉煤灰改性的素土，當水泥含量4%、石灰含量5%和粉煤灰含量4%時，改性圖S3的最佳含水率為12.5%;對于添加水泥、石灰和粉煤灰改性的素土，當水泥含量4%、石灰含量7%和粉煤灰含量2%時，改性土S4的最佳含水率為13.1%。4種改性土的最佳含水率都高于素土，且最佳含水率從高至低順序為：S4>S1>S3>S2。

圖2為素土和改性土的最大干密度測試結果。對比分析可知，對于未添加水泥、石灰和粉煤灰改性的素土，其最大干密度為1.81g/cm3;對于添加水泥、石灰和粉煤灰改性的素土，當水泥含量2%、石灰含量5%和粉煤灰含量2%時，改性圖S1的最大干密度為1.74g/cm3;對于添加水泥、石灰和粉煤灰改性的素土，當水泥含量2%、石灰含量7%和粉煤灰含量4%時，改性圖S2的最大干密度為1.76g/cm3;對于添加水泥、石灰和粉煤灰改性的素土，當水泥含量4%、石灰含量5%和粉煤灰含量4%時，改性圖S3的最大干密度為1.79g/cm3;對于添加水泥、石灰和粉煤灰改性的素土，當水泥含量4%、石灰含量7%和粉煤灰含量2%時，改性圖S4的最大干密度為1.78g/cm3。結合圖1的素土和改性土的最佳含水率測試結果可知，當對素土進行改性后，改性土的最佳含水率都相較素土有所增加，而最大干密度有所減小，這主要是因為水泥、石灰和粉煤灰改性過程中會發生水化反應而消耗部分水，造成改性土的最佳含水率有所最大;此外，水化反應過程中形成的膠漿物會吸附部分素土顆粒而形成蜂窩結構，造成改性土的最大干密度減小。

圖3為改性土的7d剪切強度曲線。對于S1試樣，隨著垂直壓力從100kPa增加至400kPa，S1改性土的剪切強度呈現逐漸增加的趨勢;改性土S2、S3和S4的垂直壓力-剪切強度曲線中同樣可見剪切強度隨著垂直壓力增加而逐漸增大的趨勢。

圖4為改性土的28d剪切強度曲線。與改性土7d剪切強度曲線相似的是，隨著垂直壓力從100kPa增加至400kPa，S1改性土的剪切強度呈現逐漸增加的趨勢;改性土S2、S3和S4的垂直壓力-剪切強度曲線中同樣可見剪切強度隨著垂直壓力增加而逐漸增大的趨勢。

表2為素體與改性土的7d和28d剪切強度指標。可見，素土的7d和28d內摩擦角都為32.01°、粘聚力都為8.71kPa;對于S1改性土，7d內摩擦角和粘聚力分別為40.76°和74.49kPa，28d內摩擦角和粘聚力分別為40.26°和269.96kPa;對于S2改性土，7d內摩擦角和粘聚力分別為44.96°和125kPa，28d內摩擦角和粘聚力分別為44.81°和308.53kPa;對于S3改性土，7d內摩擦角和粘聚力分別為46.86°和142.19kPa，28d內摩擦角和粘聚力分別為47.5°和337.51kPa;對于S4改性土，7d內摩擦角和粘聚力分別為41.63°和152.79kPa，28d內摩擦角和粘聚力分別為39.86°和442.43kPa。改性土的28d粘聚力明顯高于7d粘聚力，且改性土粘聚力從大至小順序為S4>S3>S2>S1，且都明顯高于素土;S3改性土的內摩擦角最大，這主要與S3改性土的最大干密度較大，在粒徑級配和礦物成分等差異較小時，密度是影響內摩擦角的最大因素。

對于未經過改性的素土，7d和28d無側限壓縮強度分別為190kPa和230kPa;S1改性土的7d和28d無側限壓縮強度分別為595kPa和1570kPa;S2改性土的7d和28d無側限壓縮強度分別為695kPa和1725kPa;S3改性土的7d和28d無側限壓縮強度分別為720kPa和2150kPa;S4改性土的7d和28d無側限壓縮強度分別為740kPa和2210kPa。隨著齡期從7d增加至28d，素體和改性土的無側限壓縮強度都有不同程度提高;改性土的7d和28d無側限壓縮強度都明顯高于素土，且改性土的7d和28d無側限壓縮強度從高至低順序為S4>S3>S2>S1。

3 結論

（1）4種改性土的最佳含水率都高于素土，且最佳含水率從高至低順序為：S4>S1>S3>S2。

（2）對素土進行改性后，改性土的最佳含水率都相較素土有所增加，而最大干密度有所減小，最大干密度從大至小順序為S3>S4>S2>S1。

（3）改性土的28d粘聚力明顯高于7d粘聚力，且改性土粘聚力從大至小順序為S4>S3>S2>S1，且都明顯高于素土;S3改性土的內摩擦角最大。

（4）隨著齡期從7d增加至28d，素體和改性土的無側限壓縮強度都有不同程度提高;改性土的7d和28d無側限壓縮強度都明顯高于素土，且改性土的7d和28d無側限壓縮強度從高至低順序為S4>S3>S2>S1。

參考文獻

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