益馬高速高液限土水泥改良處治及工后沉降分析

陳衛平， 陳麗萍， 夏玲

(湖南華罡規劃設計研究院有限公司， 湖南 長沙 410114)

較弱的物理力學性能及浸水后的不穩定特性決定了高液限土不能簡單地在工程中運用，尤其是作為路基處理時需進行改良處理。高液限土處治方法較多，如段凱對衡邵(衡陽—邵陽)高速公路高液限土進行石灰、水泥和砂礫改良，3類改良方法均得到了較好的改良效果；劉旭采用水泥對湖南某高速公路高液限土進行改良，改良后強度、CBR值、壓縮性等指標均得到改善。盡管高液限土處治技術已運用多年，但高液限土不良地質問題等并未得到徹底解決，諸多改良方法仍建立在經驗之上，相關理論分析及驗證較片面，未形成體系，尤其是對高液限土路基設計及結構分析還存在不足，需綜合進行理論及實踐研究。

湖南益馬(益陽—馬跡塘)高速公路所屬區域存在大量高液限土，該地區的高液限土具有弱膨脹性、透水性差、吸水后保水性強的特點，不適合采用翻曬除水?？紤]到施工原因，很難實現對高液限土的現場換填處理，需采用改良技術進行處治。該文以該項目為工程背景，基于高液限土處治技術研究現狀，研究水泥改良高液限土處治技術。

1 試驗目的和方案

1.1 試驗目的

益馬高速公路第二合同段主要位于桃江縣桃江鎮內，起于桃江縣桃江鎮崆峒村K11+178，終于桃江縣浮邱山鄉西峰寺村K25+600，全長約14.422 km。受地區地理位置及氣候條件影響，該路段存在大量高液限土。以其中某標段高液限土為原材料，以該路段高液限土滿足路基填料為目標，摻入水泥進行試驗研究，對最佳摻料比例、最佳含水率及最大干密度進行研究。

1.2 試驗方案

以土體含水率及水泥(325R)摻量為研究變量，其中含水率設為12%、14%、16%、18%、20%，水泥摻量設為4%、5%、6%，分別進行擊實試驗和無側限抗壓強度試驗。

(1) 擊實試驗方案。以“干土法”制作12%、14%、16%、18%、20% 5種含水率土樣，以5 kg為一份打包并燜至少36 h。將燜好的樣本分別摻入4%、5%、6%水泥，隨即進行擊實試驗，測試不同含水率下最佳含水率及最大干密度。

(2) 無側限抗壓強度試驗方案。以“干土法”制成最佳含水率附近的土樣，每樣5 kg，打包并燜至少36 h。取燜好的土樣分別摻入4%、5%、6%的水泥，按照壓實度94%、96%制作試件，在標準室內養護7 d，觀測試件基本參數(外表、高度、質量)。然后置于水中，水面高出試件2.5 cm，采用試驗儀器進行無側限抗壓強度試驗，測試不同壓實度下無側限抗壓強度指標。

由于水泥與高液限土中的水分子會發生水化、結塊反應，故在摻入水泥后立即進行擊實試驗，同時對壓實度為94%、96%的樣本進行無側限抗壓強度試驗，驗證水泥改良后的高液限土是否可用于94、96區路基填筑。為節約時間，采用“干土法”制作不同含水率的土樣。

2 試驗結果及分析

2.1 擊實試驗

擊實方法：采用重型擊實Ⅱ法，每層擊數98次，筒容積2 150 cm3。各土樣擊實試驗結果見圖1～3，不同水泥摻量下改良土的最佳含水率和最大干密度見表1。

圖1 摻4%水泥土樣含水率與干密度的關系

圖2 摻5%水泥土樣含水率與干密度的關系

圖3 摻6%水泥土樣含水率與干密度的關系

表1 不同水泥摻量下土樣最佳含水率和最大干密度

由表1可知：高液限土摻入4%、5%、6%水泥改良后，其最佳含水率分別為13.06%、14.08%、16.12%，最大干密度分別為1.78、1.81、1.80 g/cm3。

2.2 無側限抗壓強度試驗

按照JTG E51-2015《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》，根據擊實試驗所得最佳含水率和最大干密度，采用靜壓法分別制作4%、5%、6%水泥摻量下壓實度為94%、96%的水泥改良高液限土試件進行無側限抗壓強度試驗，試件尺寸為φ50 mm(直徑)×50 mm(高度)。

(1) 摻4%水泥改良土無側限抗壓強度試驗。最佳含水率為13.06%；水泥∶水∶土=1∶3.33∶25；最大干密度為1.78 g/cm3；設計強度為0.8 MPa；壓實度為94%、96%。試驗結果見表2。

表2 不同壓實度下摻4%水泥改良土的無側限抗壓強度試驗結果

(2) 摻5%水泥改良土無側限抗壓強度試驗。最佳含水率為14.08%；水泥∶水∶土=1∶2.91∶20；最大干密度為1.81 g/cm3；設計強度為0.8 MPa；壓實度為94%、96%。試驗結果見表3。

(3) 摻6%水泥改良土無側限抗壓強度試驗。最佳含水率為16.12%；水泥∶水∶土=1∶2.76∶16.67；最大干密度為1.80 g/cm3；設計強度為0.8 MPa；壓實度為94%、96%。試驗結果見表4。

(4) 試驗結果分析。4%、5%水泥摻量下，浸水養護過程中質量損失超過規范要求，評定土樣的無側限抗壓強度不合格；6%水泥摻量下，壓實度94%、96%分別適用于94區路基、96區下路床各區路基填筑。

表3 不同壓實度下摻5%水泥改良土的無側限抗壓強度試驗結果

表4 不同壓實度下摻6%水泥改良土的無側限抗壓強度試驗結果

3 試驗段工后沉降分析

為評價該路段高液限土處治技術，選擇K19+400—K20+600段進行水泥改良處治試驗。試驗段位置為路床，試驗段長度為200 m、寬度為12 m、厚度為80 cm，水泥摻量為6%。在試驗段設置沉降觀測點，選取路線中點、邊點進行水泥處治后工后沉降觀測。表5為中線1#、2#、3#測點的沉降觀測值。以該路段某處正常土質路基沉降進行對比分析。

表5 摻量為6%時不同時間下累計沉降觀測結果

由表5可知：水泥摻量為6%的高液限改良土的沉降在60 d后基本穩定，水泥改良土的沉降值相對于正常土質路基沉降值明顯偏小。采用水泥處治高液限土的效果較理想，最佳水泥摻量為6%。

4 結論

(1) 高液限土摻入4%、5%、6%水泥改良后，其最佳含水率分別為13.06%、14.08%、16.12%，最大干密度分別為1.78、1.81、1.80 g/cm3。

(2) 摻6%水泥時，以最佳含水率16.12%、最大干密度1.80 g/cm3作為控制指標，壓實度94%、96%分別適用于94區路基、96區下路床各區路基填筑。摻4%、5%水泥時，高液限改良土浸水養護過程中質量損失超過規范要求，土樣的無側限抗壓強度不合格。

(3) 6%水泥改良高液限土的工后沉降在60 d后基本達到穩定，最終沉降值顯著小于正常土質路基沉降值，水泥處治高液限土的最佳摻量為6%。