碎石改良高液限土的特性試驗研究

2025-07-03 00:00:00張慶偉楊圣德耿浩哲楊朋霖向波

西部交通科技 2025年1期

中圖分類號：U416.214文獻標識碼：ADOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.013

文章編號：1673-4874（2025）01-0046-04

0 引言

高液限土是指液限 550% 的細粒土，其在我國氣候潮濕多雨的南方地區廣泛分布，具有高液限、高塑性指數、高天然含水率、施工壓實難度大、水穩定性差等特點，在路基填筑中，如對其不加處理直接利用，極易導致路基沉降、邊坡失穩、路面破壞等工程問題[1-2]。因此，需基于工程對高液限土填料的要求，對高液限土進行改良處治。

國內外學者已對高液限土的改良技術開展了大量的研究工作，工程中普遍應用包括摻加石灰、水泥等化學改良技術和摻加砂、碎石等物理改良技術。趙勇等[3]通過研究發現采用石灰能有效穩定高液限土，使改良后的高液限土的強度及水穩定性得到有效提高；楊和平等[4]研究了不同劑量的石灰處治瀏醴高速公路高液限土的強度變化規律與物理力學性質；龔標研究了水泥改良海南玄武巖殘積高液限土的路用性能；陳衛平等基于益馬高速公路高液限土，研究了不同水泥摻量下高液限土的路用特性和工后沉降規律；蔣久明等[7-8]通過研究發現使用砂礫、碎石等粒料對高液限土進行改良，能夠提高高液限土的水穩定性及承載力；徐淑亮9通過觀測砂礫改良高液限土試件的細觀結構，從砂礫摻量和砂礫級配兩個方面研究了其回彈模量提升機制。

然而，由于高液限土存在過濕結團的特性[，摻加石灰、水泥等固化劑雖在室內試驗可行，但現場拌和卻十分困難，影響改良效果。摻加砂礫、碎石等材料是最有效且經濟的改良方案。此外，高液限土存在明顯的地域性特點，目前對湖南寧化地區高液限土改良處治技術的研究較少。因此，本文采用碎石對湖南寧化地區高液限土進行改良處治，通過系統的路用特性室內試驗明確了不同碎石摻量下的改良效果，并通過現場試驗段，檢驗了碎石改良高液限土的施工可行性和實際效果。

1試驗土樣

試驗土樣取自湖南寧化地區某高速公路斷面右側400m處，取土深度為，按照《公路土工試驗規程》（JTG3430一2020）對試驗土樣的基本物理性質指標進行了測試，試驗結果見表1。由表1可知，土樣液限達70. 4% ，細粒組土粒質量為59. 4% ，根據規范中的分類標準，該土樣屬于典型的高液限土。

2碎石改良土室內路用特性試驗

2.1 試驗方案

試驗采用的碎石粒徑為，碎石摻量設置為10% 0%15%.2 20% 和 30% 四種（質量比），即配合比（碎石質量：干土質量）分別為 $1：9、15：85、2：8$ 和 3：7 。試驗項目包括高液限土和碎石改良高液限土的擊實試驗和CBR試驗，研究其最大干密度、最佳含水率和CBR值等指標的變化規律。

2.2 擊實試驗結果

素土和摻 10% 、 15%.20% 和 30% 碎石改良高液限土的擊實試驗結果見圖1。由圖1可知，改良高液限土的擊實曲線形態與素土類似，均為單峰狀，存在最大值。隨著碎石含量的增加，擊實曲線逐漸向左上方移動，壓實干密度隨碎石的增加而增大，而最優含水率隨碎石含量的增加而減小。摻碎石改良直接改變了高液限土的物質組成，即增大了粗粒土含量，從而達到了改善高液限土物理力學性質的目的。其壓實空間大致可劃分為高液限土區和碎石區兩個部分，當碎石石量較小時，改良土的特性基本表現為土的性質，當碎石石量較大時則表現為碎石的性質。已有研究表明[11-12]，當碎石含量為 50% ～70% 時，干密度最大，當碎石含量 570% 時，改良高液限土的擊實曲線形態接近于無黏性土，不存在明顯的最大干密度和最優含水率，其干密度相對于 70% 含石量工況有大幅下降，難以達到較高水平的壓實效果。

最大干密度、最佳含水率與碎石含量的關系曲線如圖2所示。從圖2可以看出，隨著碎石含量的提高，最大干密度呈線性遞增，最佳含水率則相應降低。這種現象與改良高液限土的細觀結構特征密切相關。當碎石含量較小時，改良高液限土為懸浮一密實結構，碎石之間因不能互相接觸而懸浮在土中，因此未能起到骨架作用，對土體的強度及水穩性影響較小，對改善紅黏土干縮裂縫的作用有限。隨著碎石含量的繼續增加，碎石之間相互嵌擠，同時碎石間的空隙由細粒土完全填充，形成骨架密實結構，密實度進一步提高，土的收縮性顯著降低。當碎石與土的配合比超過骨架密實結構的界限，細粒土無法完全填充碎石之間的空隙，即形成骨架空隙結構，其物理力學性質應按碎石填料考慮。

2.3CBR試驗結果

碎石改良高液限土的CBR試驗結果見表2。從表2可以看出，在重型擊實標準下各碎石摻量的改良土均能滿足路床填料CBR值 gt;8 的強度要求。

注： 10% 摻量試件的土樣和之前擊實試驗土樣相同， 15% 20%.30% 摻量試件的土為相同取土場的另一次取土，后一次的土樣在粗顆粒含量方面較前次土樣明顯降低

當碎石摻量為 10% 時，碎石改良高液限土CBR強度明顯大于其他摻量的改良土，線膨脹率小于其他幾組改良土。其原因是制備該組試件的填料土的差別， 10% 摻量采用的填料土粗顆粒含量明顯大于后三組摻量的填料土。因此當碎石摻量 lt;30% 時，碎石改良高液限土的CBR強度主要取決于填料土的強度。

從 15%20%.30% 摻量的CBR值來看，在相同擊實功下，CBR值隨著碎石摻量的增加并沒有明顯的提高，其原因在于，根據此時的碎石摻量，改良土仍處于懸浮密實型結構形式，此時碎石未互相嵌擠形成骨架結構，對改良土的強度沒有太大的影響。因此碎石摻量時，碎石摻量的提高對改良土強度的影響不明顯。

3碎石改良高液限土現場碾壓試驗

3.1 試驗方案

試驗采用的碎石規格為，試驗段碎石摻量按 0%、20%、30% （質量比）設置，每種碎石摻量的試驗段長度為，寬度為路基全幅寬度，松鋪厚度為25c m. 壓路機碾壓遍數按照靜壓1遍 + 振壓1遍、靜壓1遍 + 振壓3遍、靜壓1遍 + 振壓5遍進行。松鋪填料翻拌均勻后取樣進行篩分試驗。每碾壓作業2遍進行1次壓實度檢測，壓實度采用灌砂法進行現場檢測，每個配合比段落檢測4個點。

3.2壓實度檢測結果

不同碎石摻量路段壓實度檢測結果見表3至表5。從表3至表5可以看出，大部分點位在碾壓遍后，壓實度gt; 100% ，其主要原因是由于翻拌深度不夠，表層 cm改良土的實際碎石摻量大于計劃摻量，因此仍按計劃摻量的最大干密度計算就會造成壓實度 gt;100% 的結果。碎石改良高液限土的最大優勢是可以減少路基的收縮裂縫。從試驗段完成后15d的現場調查看，裂縫的發生較填土段落明顯減少。期間經歷2d下雨，在重車行駛車道范圍沒有明顯車轍，裂縫較少，在未行車范圍主要有部分縱向裂縫發生，寬度為，這與翻拌、碾壓作業均為縱向有關。

3.3顆粒分析試驗結果

對不同摻量碎石改良土灌砂法試坑中的試樣進行顆粒分析試驗，試驗結果見表6。由于現場翻拌不均勻及碾壓對粒徑 gt;2 mm的土顆粒的破碎作用，摻配碎石后現場粗顆粒含量（粒徑仍無法 gt;70% ，一般在。

從碎石改良高液限土現場試驗結果及現場翻拌設備的作業效果來看，翻拌深度在15cm左右，因此松鋪厚度為20cm較合適，如果松鋪厚度為 25c m ，應考慮選用四驛犁及大型旋耕機，使翻拌深度 gt;20c m 。本次現場試驗的填料粗顆粒含量（粒徑為填料CBR強度滿足路床填料強度要求，但由于填料土質不均勻，因此很難按照粗顆粒含量控制現場碎石摻量。比較現場壓實效果及經濟性，碎石摻量在時就已經能夠達到減少收縮裂縫，提高水穩強度的目的。