过湿土路基填料高速公路中应用试验

杨海泉 吴永红

1 概述

为了能够保护环境，节省投资，使过湿土能成为路基填料应用于高速公路施工中，因此以过湿土为研究对象，用不同剂量的磨细生石灰粉和水泥作外掺剂进行大量的室内对比试验，对过湿土进行改良是较佳的选择。

2 过湿土处治研究试验

2.1 素土试验及外掺剂配合比方案

取有代表性过湿土试样做有关素土的土工试验，同时为了确定该土适合哪一种外掺剂以及配合比的多少，我们对磨细生石灰粉采用 3%，4%，5%，6%的配合比例;水泥采用 2%，3%，4%的配合比例进行对比试验。

2.1.1 含水量变化情况

在对生石灰粉和水泥两种外掺剂进行处理试验过程中，根据情况，分别测定经处理后的过湿土的含水量在不同时刻的变化值(见表 1，表 2)。

表1 掺生石灰粉后土样含水量变化与对比统计表 %

表2 掺水泥后土样含水量变化与对比统计表 %

通过表1，表2的分析，可以得出以下结论:

1)在过湿土中加入一定量的外掺剂后，其含水量均发生了变化，但不同外掺剂和不同配合比，对过湿土中的含水量改变的作用大小不同。

2)根据表1中变化情况可知，在一定时间内，当外掺剂配合比不大时，过湿土中含水量减少，随着外掺剂含量的增多而增多，但当外掺剂增加到一定量时，随着外掺剂配合比的增大，过湿土中含水量变化不明显，且逐渐趋于平衡。试验中5%的生石灰粉和6%的生石灰粉其含水量变化的情况基本相同。

3)根据表2变化情况可知，当配合比一定时，加入外掺剂后，在较短时间内，过湿土中含水量急剧下降，但一定时间后，含水量的变化逐渐减少，最后趋于稳定。其含水量变化大致可分为突变、渐变和稳定三个过程。其中，各界限的时间点与外掺剂的配合比大小的关系不大，主要与外掺剂有关。

4)从表1，表2中可知，在较短时间内，水泥外掺剂比生石灰粉外掺剂对过湿土的含水量变化较快，但随着时间的增加，两者对过湿土中含水量的变化相差不大。因此，就降低过湿土中含水量来说，两种外掺剂相差不大。

2.1.2 稠度变化情况

我们同时还测定了经过生石灰粉和水泥两种外掺剂的不同配合比处理后的过湿土的液限和塑限值(见表3)。

表3 外掺剂处理后界限含水量汇总表

综合以上分析可以得出以下结论:

1)在过湿土中加入外掺剂后，土的稠度发生变化，总体趋势为液限、塑限上升，塑性指数下降，但其规律性不强。这说明，在相同的含水量情况下，经外掺剂处理后的过湿土更易压实。

2)从表3中可知，当采用较小配合比的外掺剂时，过湿土的液、塑限呈上升趋势，当配合比增加到一定量时，其液、塑限随配合比的增大而逐渐下降，但其规律性不明显。从生石灰粉的变化曲线来看，当采用5%的配合比时，过湿土的液、塑限最小。

3)从表3中可知，过湿土的塑性指数的变化随外掺剂配合比的增加而逐渐下降，但当配合比增加到一定量时，塑性指数又逐渐回升。从生石灰粉的变化曲线上可以看出，当采用5%的生石灰粉时，过湿土的塑性指数最低。

4)把经过两种外掺剂处理后的过湿土的液限、塑限指数与《公路路基设计规范》作比较，则发现，就过湿土的液限来说，虽然两者均超出规范要求，但用生石灰粉处理的过湿土更接近规范要求，而从塑性指数来看，除采用3%的生石灰粉和2%的水泥超出规范外其余均符合规范中的要求。

2.2 经外掺剂处理后过湿土的击实性和CBR值变化

对生石灰粉和水泥两种不同外掺剂的各种配合比所处理的过湿土进行室内标准击实试验和CBR值试验。

通过分析可以得出以下结论:

1)通过配合比的外掺剂处理后，过湿土的最大干密度均发生变化。经生石灰粉处理后的过湿土，其最大干密度随配合比的增加逐渐降低;而经水泥处理后的过湿土，其最大干密度则随着配合比的增加而渐增。

2)经外掺剂处理后，过湿土的最佳含水量随配合比的增加而逐渐增加，但生石灰粉增加的量比水泥稍大。

3)从最大干密度和最佳含水量两者的变化情况分析，在相同的击实功作用下，用水泥作为外掺剂处理的过湿土，需较小的最佳含水量的情况下，获得较大的干密度;而用生石灰粉作外掺剂时，则需要较大的最佳含水量，获得较小的增大干密度。这说明用水泥作为外掺剂处理的过湿土比用生石灰粉作为外掺剂处理的过湿土易于压实。

4)外掺剂对过湿土的CBR值的改变明显，其变化趋势为随外掺剂配合比的增加而增大，且加入外掺剂的CBR值均符合规范中的要求。比较两种外掺剂的效果，水泥的改变比生石灰粉改变稍大一些。

2.3 外掺剂的经济性评价

为了便于分析，我们仅对袋装磨细生石灰粉(MgO+CaO含量75%以上的Ⅱ级灰)和325号普通硅酸盐水泥进行比较分析，同时由于采用某种外掺剂，其机械设备、台班费、人工费、搅拌费等均相同，因此，我们仅对两种外掺剂的成本费用进行分析评价。

1)外掺剂单价(产地价含运费)。a.磨细生石灰粉(Ⅱ级):200元/t。b.425号普通硅酸盐水泥:360元/t。

2)处理过湿土的外掺剂用量我们按生石灰粉采用6%的配合比，325号水泥采用4%的配合比计，过湿土密度按1.68 g/cm3计算。

3)每处理1 m3的过湿土所需的成本费用为:a.200×1.68×6%=20.16元。b.365×1.68×4%=24.53元。

4)根据计算，A9标段路基施工路段长度为2.45 km，其中必须进行改良土的路基填方为7.05万m3，这样计算全段分别采用两种外掺剂的成本费用为:

a.生石灰粉:20.16×7.05=142.12万元。

b.水泥:24.53×7.05=172.94万元。

根据以上的经济成本分析，用生石灰粉对过湿土进行处理比采用水泥对过湿土进行处理要经济一些。

2.4 外掺剂的选择

通过对生石灰粉和水泥的性质分析可知，采用生石灰粉作外掺剂比采用水泥作外掺剂更易于操作。而且根据处理高液限和其他不良特性土的经验表明，水泥对于含水量过高，塑性指数Ip≥20，土的颗粒较细，黏土矿物成分较高的黏性土，其处理效果比生石灰粉要差。因此，采用生石灰粉作外掺剂比采用水泥作外掺剂来处理过湿土更科学、经济、合理以及易于操作等。

2.5 配合比的选择

选择好了合理的外掺剂后，则需要进一步确定对过湿土进行处理的外掺剂配合比。下面根据试验结果列表综合分析各配合比的各项物理指标(见表4)。

表4 不同配合比试验分析综合统计表

从表4中可以看出，除3%的配合比达不到有关规范要求外，其余各项配合比均基本能满足规范中的要求，同时比较各项配合比的试验结果，从理论上来说采用5%的生石灰粉外掺剂既最能满足规范中的要求，又比较经济。但在实际施工过程中，如果考虑到生石灰的质量和施工过程中的材料消耗等问题，则可以加大外掺剂的剂量，采用6%配合比。

3 结语

通过利用生石灰粉作为外掺剂，对过湿土进行一定改良后，在不仅解决了过湿土路段取土困难的同时，保证了项目的顺利建设，提高了工程质量，减少了取土对区域环境的影响和施工便道的维护、运输对环境的污染，同时还创造了一定的经济效益和社会效益。

[1] JTG E40-2007，公路土工试验规程[S].

[2] JTG D30-2004，公路路基设计规范[S].

[3] JTG F10-2006，公路路基施工技术规范[S].