公路路基水敏性軟巖改良土路用性能研究

熊源

摘要 文章以某公路工程為背景，對公路的水敏性軟巖開展承載比和回彈模量試驗。研究表明，當含水率較低時，擊實功的增加能顯著提升改良填料的壓實度和CBR值，隨著含水量的增加影響逐漸削弱。并且改良填料石灰摻入比例的提升可以提高改良填料所對應的最佳含水率。當填料含水率相同時，提升改良填料的壓實度能提升其回彈模量，且含水率對改良填料的影響隨著其壓實度的提升而越小。該工程水敏性軟巖最合理的摻灰率為6%。

關鍵詞 公路;水敏性軟巖;CBR;回彈模量

中圖分類號 U457.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0166-03

0 引言

經濟建設的飛速發展帶動了基礎工程的快速發展，公路因其特有的優勢得到廣泛應用。水敏性軟巖具有抗風化能力差、遇水會有泥化現象的特點，導致其強度顯著降低。因此，公路使用水敏性軟巖土進行填筑易造成邊坡失穩、公路不均勻沉降等問題。因此，公路高填方路基水敏性軟巖改良土的研究逐漸成為研究熱點之一。

針對水敏性軟巖的性能問題，眾多學者開展了一系列的研究，并取得了顯著的成果。吳銘芳和范紅葉等[1-2]基于某試驗儀器，通過實驗手段分析軟巖的基本物理特性、礦物組成、內部結構等，獲得了軟巖軟化的微觀機制，并且進一步研究了浸水作用下軟巖的物理特性。研究表明軟巖在浸水后，其強度迅速降低隨后緩慢減小直至趨于穩定。劉赟君等[3]以某公路所使用的軟巖路基填料為背景，通過試驗分析了軟巖的擊實性能、顆粒級配以及崩解特性等，系統研究了相關敏感參數對使用軟巖作為路基填料的公路路基的穩定性影響。王志杰等[4]利用三軸試驗儀器，試驗分析在干濕循環條件下，不同動荷載作用下泥巖的性能變化，分析了荷載幅值、荷載頻率和孔隙等因素對泥巖路基的穩定性影響。

該文以某公路工程為背景，對公路的水敏性軟巖開展承載比和回彈模量試驗，研究了不同條件對摻灰率、含水率等的影響。

1 工程概況

項目位于我國東部，連接了東部某城市和一較大的海港。港區經濟與沿海商貿、旅游發展迅速。項目建成后將成為該城市通往全國的重要疏港公路，將進一步促進社會經濟發展，具有舉足輕重的作用。項目路線里程長190.016 km，路線走廊總體呈東北向西南走向。該標段起訖樁號為K45+000～K80+000，長35 km。

2 試驗方案

將該公路的水敏性軟巖在烘箱中進行烘干并碾壓，然后將碾碎的土料倒在圓孔篩上，并用振動儀振動篩選。將篩選出的土料加入水制成不同含水率的試件，并在重型擊實儀中分別以35次、55次、95次的擊實數進行擊實。

2.1 承載比特性試驗

將試件置于多孔板上，并放置一張濾紙，同時固定試件筒和底板;倒置試件筒并放上頂板，同時加荷載塊;安裝測量裝置以測量浸水膨脹，記下初始讀數;緩慢注水直至水面超過試樣頂面2.5 cm，靜置3天后記下最終讀數;將試樣取出靜置25 min，隨后開展貫入試驗。

將試件置于強度測量器上，慢慢提升使得試件剛好接觸貫入桿;將顯示變形和力的計數表清零，并在貫入桿上施加荷載;以1.2 mm/min的速率下壓;每隔20 s讀出測力表讀數為貫入量，當貫入量為10 mm時結束試驗。

按照式（1）和（2）計算承載比。貫入量為2.5 mm的承載比記為CBR2.5（%），貫入量為5 mm的承載比記為CBR5（%），p為單位壓力（kPa），7 000為貫入量為2.5 mm的標準壓力，10 500為貫入量為5 mm的標準壓力。

CBR=100p/7 000 （1）

CBR=100p/10 500 （2）

2.2 回彈模量試驗

將試件放在材料強度儀上，并完全接觸貫入桿;預壓力設為最大值，分兩次下壓，每次1 min，百分表清零。

將壓力分為6級，逐級加載，每級加載時長1 min，且記下每級加載完的讀數;同樣分6級卸載，每級卸載時長1 min，且記下每級卸載完的讀數。回彈模量為每級加載卸載后百分表讀數的差值。

3 試驗結果分析

3.1 承載比特性研究

依據不同填料的摻灰率和含水率，計算其中石灰、水和土的重量，制作成不同比例的水敏性軟巖石灰改良填料。圖1依據試驗結果給出了不同擊實數下改良填料的CBR隨含水率變化的曲線，并對比了不同摻灰率的工況（擊實數為35、55、95，摻灰率分別為2%、4%、6%、8%）。圖2給出了CBR峰值隨石灰摻灰率的變化曲線。

從圖1中可以看出，在任意擊實數和任意含水率下不同摻灰率的石灰改良填料的CBR值均大于規范規定的8%的限制要求，可見，石灰的摻入能有效改良水敏性軟巖填料的CBR值。改良填料CBR的變化規律相似：當擊實數相同時，改良填料CBR值隨著含水率先增大，當含水率達到某一定值時，CBR值達到峰值，隨著含水率的進一步增加，CBR值迅速減小。這說明路基填筑施工中，合理提升填料含水率，可以減少浸水后路基填料的吸水能力，從而減少因浸水導致的強度降低。但含水率不能過高，因為過大的提升含水率會造成CBR值減小。

從圖2中可以看出，改良填料在98擊下的 CBR峰值隨著石灰摻灰率先迅速增大，隨后增速下降并趨于穩定。改良填料石灰摻入率為2%、4%、6%、8%條件下，對應的CBR峰值分別為53.3%、68.9%、87.6%、91.6%。基于上述試驗結果可知，石灰能有效改良該路基填料的CBR，最合理的摻灰率為6%。

3.2 回彈模量研究

在不同的含水率條件下，將四種不同摻灰率的石灰改良填料分別制成壓實度為93%、95%、97%的試件，對其開展回填模量試驗。圖3依據試驗結果繪制了不同壓實度試件的回彈模量隨含水率的變化曲線，并對比了四種摻灰率石灰改良填料工況。從圖中可以看出，提升改良填料的壓實度會減小土顆粒間孔隙，使得填料更加密實，從而提升改良填料抵抗變形的能力。因此，當填料含水率相同時，提升改良填料的壓實度能提升其回彈模量。

分析改良填料摻灰率為6%的工況，當改良填料的壓實度為93%時，初始含水率對應的回彈模量為160 kPa，最高含水率對應的回彈模量為127 kPa，較初始含水率降低了20.6%;當改良填料的壓實度為95%時，初始含水率對應的回彈模量為168 kPa，最高含水率對應的回彈模量為141 kPa，較初始含水率降低了16.1%;當改良填料的壓實度為97%時，初始含水率對應的回彈模量為176 kPa，最高含水率對應的回彈模量為157 kPa，較初始含水率降低了10.8%。可見，含水率對改良填料的影響隨著壓實度的提升而越小。這表明不僅石灰改良填料的強度顯著提升，其水穩定性也顯著提升。

根據圖3結果繪制不同壓實度改良填料初始含水率所對應的回彈模量隨摻灰率的變化曲線，見圖4。如圖所示，回彈模量隨改良填料摻灰率的提升先增大后減小，在摻灰率為6%時，回彈模量達到峰值。可以看出石灰能有效改良路基填料的回彈模量，最合理的摻灰率同樣為6%。

4 結論

（1）當含水率較低時，擊實功的增加能顯著提升改良填料的壓實度和CBR值，隨著含水量的增加，這種影響逐漸削弱。并且改良填料石灰摻入比例的提升可以提高改良填料所對應的最佳含水率。

（2）當填料含水率相同時，提升改良填料的壓實度能提升其回彈模量。且含水率對改良填料的影響隨著其壓實度的提升而越小。

（3）該工程水敏性軟巖最合理的摻灰率為6%，能最有效地改良該路基填料的CBR值和回彈模量。

參考文獻

[1]吳銘芳. 公路隧道常見滲漏水病害及治理方案研究[J]. 珠江水運， 2016（24）： 66-67.

[2]范紅葉. 公路隧道襯砌開裂的整治[J]. 裝飾裝修天地， 2016（14）： 159.

[3]劉赟君， 謝蒙均， 黃丹， 等. 季節性暴雨后某公路隧道病害及整治[J]. 隧道建設， 2015（5）： 484-490.

[4]王志杰， 徐海巖， 周平， 等. 公路隧道襯砌結構病害整治技術研究[J]. 鐵道標準設計， 2017（10）： 125-132.