冰水堆积物填料工程特性室内研究

张杰

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉430063)

四川雅西(雅安—西昌)高速公路沿线广泛分布组成成分非常复杂的冰水堆积物土体，一般认为，冰水堆积物是由于冰川融水具有一定的侵蚀搬运能力，将冰碛物再搬运堆积形成的［1］。国内对于冰水堆积物土体用作高速公路的填料尚没有研究先例，只有少量的关于冰碛土的研究［2－3］，因此需对冰水堆积物用作路基填料的工程特性进行室内试验研究。通过含水量、粒径筛分、CBR等室内试验，并依据规范，确定冰水堆积物土体可以作为高速公路路基填料;由室内击实试验得到了最大干密度和相应的最佳含水量，可用于指导现场填筑施工。

1 料场及取样简介

试验料场位于雅西高速公路C27标K209+835～K209+930路段的挖方地段，边坡最高处达20多米。边坡分两级进行开挖，每级约高10 m。在现场共布置了6个取样点，上下级边坡各3个，水平间隔约为3 m，用挖掘机在每个取样点取样均超过0.5 m3。将从6个取样点取得的土样分别制备为6组土样，编号依次为Z1～Z6。

2 室内试验

2.1 天然含水量试验

采用粒组法［4］对6组土样分别进行含水量测定，结果见表1。

表1 粒组法确定土样含水量

综合以上6组土样的试验结果可得，冰水堆积物的天然含水量为9.57%。

2.2 粒径筛分试验

6组土样的典型级配见图1。由图中可见，各组土样的粒径级配图非常接近，并没有随着位置的改变而发生显著变化。选取Z5土样作为本料场的典型级配(见表2)，其粒径分布特征指标见表3。

图1 土样的粒径级配

表2 Z5土样的粒径级配

表3 原始级配粒径分布特征指标

从图1可以看出土样的粒径百分含量累计曲线呈向上凹曲的曲线形式，坡度较缓并较平滑，粒径分布连续;从表3可知分布特征指标满足Cu>5，但不满足1≤Cc≤3的条件。因此，土样属于级配不良的土石混合料，其中粗颗粒(>2 mm)含量为50.51%，粒径 <0.075 mm的颗粒含量为5.96%，按照《公路土工试验规程》(以下简称规程)(JTJ E40—2007)［5］对土石混合料分类的规定，该料场的冰水堆积物应定名为含细粒土砾，记为GF。

2.3 击实试验

采用重型击实仪进行室内击实试验，重型击实仪所能使用的土体粒径最大为40 mm，对于粒径大于40 mm的超径粗粒土有较多方法进行替代［6］。选取 Z5组土样，运用重型(Ⅱ－2)击实仪进行重型击实试验，对于超径粗粒土采取等量替代法进行替代。图2中的两条曲线即原始级配和等量替代法级配。由于等量替代法的土样含石率为30.95%，另外分别选取含石率为10%、50%和70%的土样进行击实试验，其级配曲线见图3。

击实试验结果见表4，图4为含水量与最大干密度的关系曲线。由试验结果可见，冰水堆积物填料的最大干密度随着含石率的增大而增大，最佳含水量随含石率的增大而降低。

图2 土样原级配和等量替代法级配

图3 不同含石率的土样级配

表4 击实试验结果表

图4 含水量与最大干密度关系曲线

2.4 CBR试验

根据规程的要求，选取Z5的级配进行CBR试验。表5为CBR试验结果表，图5、图6分别为 CBR值与最大干密度、CBR值与压实度的关系曲线图。由试验结果可见，随着压实度的提高，填料的CBR值也相应的增大，且填料的最小CBR值为18.3%，满足公路规范对填料的最小CBR值不小于8的要求。

表5 CBR试验结果

图5 CBR与最大干密度关系曲线

图6 CBR与压实度关系曲线

3 结论

通过对料场不同位置的6处典型取样的室内试验研究得出以下结论:

1)该料场的冰水堆积物土体符合规程要求，可以作为高速公路路基填料，但级配不良，施工中需要进行改良。根据规程的命名原则，将该料场的冰水堆积物定名为含细粒土砾，记为GF。

2)由冰水堆积物的室内击实试验研究发现，其最大干密度随着含石率的增大而增大，相应的最佳含水量随着含石率的增大而减小。本料场冰水堆积物的天然含水量为9.57%，最大干密度为2.06 g/cm3，对应的最佳含水量为8.37%。

3)通过对料场不同位置的6处典型取样的天然含水量以及粒径筛分试验可知，冰水堆积物填料的天然含水量和级配没有随着土层的深度以及水平位置的改变而发生显著变化，因此在该料场可以进行填料的整体开挖，不需要进行分区开挖。

［1］杨景春，李有利 .地貌学原理(修订版)［M］.北京:北京大学出版社，2005.

［2］谢春庆，冰碛土工程性能的研究［J］.山地学报，2002，20(6):129－132.

［3］田景富，康定机场高填方地基填料特性与变形研究［D］.贵阳:贵州大学，2007.

［4］张杰，徐林荣.粗粒土含水量室内确定方法研究［J］.路基工程，2009，15(6):129 －130.

［5］中华人民共和国交通部.JTG E40－2007公路土工试验规程［S］.北京:人民交通出版社，2007.

［6］梁博，张杰.无粘性粗粒土最大干密度确定方法［J］.路基工程，2009，15(5):167 －168.