高液塑限軟土路基石灰改良特性試驗研究

肖哲

（中鐵十八局集團 第四工程有限公司 天津 300350）

1 引言

軟土在我國濱海、湖、江河中下游等分布廣泛，但軟土具有承載力差且壓縮性高等特點，不能直接用作路基填筑。然而鐵路建設中不可避免穿越軟土路段，若將其棄置，會占用額外的土地資源和給當地環境帶來一定的污染，因此，軟土的合理利用和處治是具有重要的意義。

目前，石灰具有降低軟土的含水率和板結的特點，因此，石灰改良軟土能夠取得很好的效果。陳一新等[4]對石灰改良黃土的力學性能的試驗進行研究。張義貴等[5]通過試驗對石灰改良淤泥質黏土作為路基回填料進行研究，得到石灰改良淤泥質黏土具有強度高和壓縮性低的結論。上述研究是針對不同地區的軟土進行改良，而不同液塑限軟土強度和壓縮性改善程度上缺乏系統的研究。因此，不同液塑限軟土改良后的力學特性值得進一步研究。

本文以某工程路段不同液塑限軟土拌和不同石灰含量來開展改良土樣的一系列物理特性試驗，得到不同石灰含量與CBR、最大干密度、液塑限、無側壓抗壓強度和壓縮性的變化規律。以期為鐵路路基填筑中軟土處治設計提供一定的參考。

2 工程概況

項目參照某鐵路工程路基處治工程，開展石灰改良不同液塑限軟土性能試驗研究。該工程地基土主要由人工填土、沖洪積黏土及淤泥質黏土組成（見圖1）。鐵路沿線有水塘和水田，軟土分布十分廣泛。該工程段的軟土土樣呈流塑～軟塑狀，其分布厚度為0.2～20.0 m。由于軟土的承載力小且壓縮性高的特點，無法直接作為路基。因此，項目結合施工現場軟土的實際情況，擬采用摻入石灰來改良軟土的力學性能，從而用于鐵路路基填筑。

圖1 施工現場軟土

3 石灰改良高液塑限力學性能

3.1 原材料分析

施工現場軟土如圖1所示，對現場軟土土樣進行一系列物理指標試驗，表1為本項目路段不同液塑限軟土的物理力學性質。因為本路段的軟土液塑限高，且強度低，因此，不能直接用于路基回填，需要對軟土進行改良處治。本試驗采用石灰對高液塑限軟土進行改良處治，其中石灰的化學成分分析如表2所示。

表1 軟土的物理力學性質

表2 生石灰化學成分分析

本試驗主要探討石灰含量對改良不同液塑限軟土物理力學性能的影響。試驗需要將塊狀的生石灰黏磨并過2mm篩孔，通過計算不同石灰含量的石灰質量和高液限軟土的質量，石灰消解后與高液塑限軟土充分拌和，從而配置不同石灰含量的改良土樣，如圖2所示。

圖2 現場軟土與生石灰拌和圖

3.2 CBR試驗及結果分析

本試驗拌和五種不同石灰含量（2%、4%、6%、8% 和10%）和三種軟土土樣（土樣1、土樣2和土樣3）的改良土樣進行土的承載比試驗（CBR）。由圖3可得。石灰含量越大，改良土樣的CBR越大，而在同一石灰含量中，土樣1的CBR最小，土樣3的CBR最大。規范要求路基填土的CBR≥8%為合格，土樣1和土樣2在石灰含量為8%達到合格，而土樣3在石灰含量為6%就滿足規范要求。說明石灰能夠改良承載力小的軟土，且含水率越大的軟土達到規范要求需要石灰含量越高。主要原因是石灰能夠土體發生化學反應，使土體板結。

圖3 不同石灰摻量對CBR影響

3.3 擊實試驗及結果分析

本試驗采用重型擊實法對五種不同石灰含量（2%、4%、6%、8% 和10%）和三種軟土土樣（土樣1、土樣2和土樣3）的改良土樣分五層進行擊實試驗，圖4為不同土樣下隨石灰含量變化的最優含水率與最大干密度關系曲線圖。隨著含水率的增加和石灰含量的增加，最大干密度先增加后減小，土樣1和土樣2的最大干密度都是在8%石灰含量下達到最大值，而土樣3在石灰含量為6%達到最大值。改良后高液塑限軟土的最佳含水率隨著石灰含量的增加而增加，而其最大干密度隨著石灰含量的增加先增加后減小，說明石灰和軟土拌和，石灰能夠降低軟土的含水率，且天然含水率越大的軟土，改良后的最優含水率增加。

圖4 不同石灰含量的最大干密度與最優含水率圖

3.4 界限含水率試驗及結果分析

將五種不同石灰含量和三種土樣的改良土樣分別按照最優含水率制成壓實度為93%的試樣，28 d養護后，進行界限含水率試驗，液塑限試驗結果如圖5和圖6所示。隨著石灰含量的增加，改良后土樣的液塑限都下降，但塑限下降的速率更快。土樣1的液塑限最大，土樣2的液塑限次之，土樣3的液塑限最小。說明塑限對石灰含量的敏感性高，而液限對石灰含量的敏感性相對較低。

圖5 石灰含量與液限的關系曲線圖

圖6 石灰含量與塑限的關系曲線圖

3.5 單軸壓縮試驗及結果分析

在路基填筑中，回填土體的抗壓強度和壓縮變形特性都是重要指標之一，因此，本試驗將五種不同石灰含量和三種土樣的改良土樣分別按照最優含水率制成壓實度為93%和96%的試樣分別進行單軸壓縮試驗，從而探討改良土樣的受壓強度特性。圖7 為不同石灰含量和壓實度下的改良高液塑限軟土無側限抗壓強度關系曲線圖。由圖7 可知，隨著石灰含量的增加，改良土樣的抗壓強度越大，土樣壓實度越高，改良土樣的抗壓強度越高，土樣1 的抗壓強度最低，而土樣3 的抗壓強度最高。說明石灰對軟土的抗壓強度有顯著地改良效果，且壓實度對軟土的改良效果有增強效應。

圖7 石灰含量與無側限抗壓強度的關系曲線圖

3.6 壓縮試驗及結果分析

本試驗將五種不同石灰含量和兩種土樣的改良土樣分別進行壓縮試驗，從而探討改良土樣的壓縮變形特性。圖8和圖9分別為土樣1和土樣3的不同石灰含量下改良軟土e-p曲線圖。由圖8和圖9可知，石灰含量為0%時（素土）壓縮性很大，隨著石灰含量的增加，改良土樣的壓縮曲線變得越來越平緩，說明石灰含量的增加使得軟土的壓縮性變小。這是因為隨著石灰含量的增加，石灰與土之間的化學反應變得更加顯著，進而使改良高液塑限軟土能夠更好地板結在一起，并對其土顆粒之間的孔隙進行填充。因此，石灰含量越大，使得改良土樣的抗壓強度越高，壓縮性更低。

圖8 土樣1不同石灰含量的e-p曲線圖

圖9 土樣3不同石灰含量的e-p曲線圖

4 結論

本試驗通過做不同石灰含量和液塑限的改良軟土的一系列物理特性試驗，得出改良土樣的物理特性規律如下：

（1）石灰含量能夠改良高液塑限軟土的承載比，石灰含量越高，改良高液塑限軟土土樣的承載比越高，高液塑限軟土的承載比合格需要石灰含量越高。

（2）高液塑限軟土土樣隨著石灰含量的增加，最優含水率增加，最大干密度先增加后減小，且軟土的液塑限越高，改良后的最優含水率和最大干密度越大。

（3）石灰含量能夠降低軟土的液塑限，且石灰含量對改良軟土的塑限影響較大，對改良軟土的液限影響較小。

（4）石灰含量對改良高液塑限軟土土樣的抗壓強度和壓縮特性影響顯著，石灰含量增加，對改良高液塑限軟土的壓縮特性變低，無側限抗壓強度變大，且壓實度越高對抗壓強度增加有促進效應。因此，路基工程采用摻入石灰來改良軟土可以滿足規范設計要求，并且降低工程成本。