掺加粉煤灰和砂砾联合改良高液限黏土研究

唐鹏程

高液限黏土是指液限大于50%,塑性指数大于26的黏性土[1],湘南地区广泛分布,是湘南地区路基施工中经常遇到的一类不良填土。这类黏性土具有明显的塑性,对水特别敏感,且多具膨胀性。由于上述特点,这类黏土路基的固结性、渗透性差,达到固结稳定的时间长,且稳定性差,严重影响施工后路基质量[2,3]。

某二级公路全线挖方土2/3为高液限黏土,代表路段高液限黏土的天然含水量为35.5%,液限为57.6%,塑性指数为28.7,

最大干密度为1.52 g/cm3,最佳含水量为27.2%,CBR=7.8%。这表明该公路高液限黏土具有天然含水率高、液塑限高、收缩性大、可压实性差的特点。调查资料表明,该区域高液限黏土广泛分布,借用符合要求的路基填料需要远距离调运,且挖方高液限黏土数量巨大,废弃很不经济。因此,如何改良高液限黏土是本工程的突出问题。

1 高液限黏土改良土

1.1 高液限黏土改良的试验方案

针对该公路高液限黏土的特点,提出采用掺拌粉煤灰和砂砾联合改良方法对其进行改良,目的是改善高液限黏土的物理力学性质和降低其收缩开裂性能。

路基填土采用该公路第2合同段挖方一般高液限黏土,采用砂为河砂,且为中粗砂,砾石为河卵石,规格为5 mm～20 mm。粉煤灰中SiO2,Al2O3,Fe2O3的总含量应大于70%,粉煤灰的烧失量不应超过20%,其比表面积宜大于2 500 cm2/g。

选取该公路第2合同段400 m长高液限黏土路段,路床面下超挖30 cm,粉煤灰、砂、砾石、土的比例分别为 5∶10∶20∶65 和5∶10∶25∶60设计试验方案,每个试验方案施工长度为200 m。首先将粉煤灰加入高液限黏土中并与土干拌均匀,再添加砂砾拌和均匀,再均匀摊铺碾压。在最高温度37℃,相对湿度65%无降雨天气条件下,持续风干48 h。之后观察开裂情况,并进行了路床质量检测。

表1 高液限改良土室内试验结果

表2 现场试验结果

1.2 改良效果评价

通过不同粉煤灰和砂砾掺配率下的高液限改良土的液塑限、CBR和重型击实等室内试验,试验结果见表1。现场填料开裂试验和施工质量检测(压实度和弯沉检测)见表2。

通过对改良后高液限黏土室内及现场试验结果分析可知,对于本工程挖方路段的高液限黏土经过粉煤灰和砂砾联合改良后相同的压实功下压实度和弯沉值均有明显提高,裂缝明显减小,更有利于路基结构受力、减小沉降、增加稳定性,当粉煤灰、砂、砾石、土比例为5∶10∶25∶60时,检测指标完全达到规范要求。高液限黏土添加粉煤灰和砂砾后,液限分别降低了26.3%和34.3%,塑性指数分别降低了25.7%和31.7%,最大干密度增加了13.1%和17.1%,CBR值分别提高了2.1倍和2.6倍。同时,现场试验研究发现加适量的砂砾可以改善高液限黏土开裂特性。故比例为5∶10∶25∶60的改良土可作为二级公路上路床的填料。

这是由于粉煤灰的活性好,能与土发生强度较大的水解、水化、离子交换和团粒化作用[4],加之添加的碎石可以改善土的颗粒级配,提高土中粗颗粒的含量,进而改善土的物理、水理特性[5],同时也提高了土的CBR值。因此,通过人工掺砂砾和粉煤灰的办法,可以有效地预防路基开裂,提高路基的板体性及整体强度。

2 高液限黏土改良土施工工艺

1)下承层处理。保证填筑下承层表面平整、坚实,平整度和压实度符合规范要求。2)施工放样。恢复中线,每20 m设一桩,并在两侧路肩边缘外设指示桩。3)备土。根据各路段改良土层的宽度、厚度及预定的干密度计算需要的干燥土的数量,根据料场土的含水量和所用运料车辆的吨位,计算每车料的堆放距离并画出方格,堆料前应在土基上先洒水,使其表面湿润,但不应过分潮湿而造成泥泞。土装车时,应控制每车料的数量基本相等,卸料时应将土卸在方格中间。备料完后用平地机进行摊铺并初平,如土的天然含水量偏大应进行晾晒,如含水量低则应洒水并进行焖料,一般宜焖料一晚。4)备粉煤灰。根据改良土层的厚度和预定的干密度及粉煤灰剂量,计算每平方米所需的粉煤灰用量,在初平好的土上用石灰画方格线,按计算所需的粉煤灰质量将粉煤灰堆放在方格内,用平地机将粉煤灰初平。5)初拌。用宝马机进行拌和,先干拌并检测含水量,如含水量偏小应适当洒水,混合料的含水量宜高于最佳含水量的2%～3%。6)备砂砾。在已整平的土基上,用石灰画格后用自卸车摊放砂砾,按规定的砂砾掺配率用平地机摊铺一定厚度的砂砾。7)拌和及整形。用多铧犁将铺好的砂砾翻拌两遍,但不翻犁到底。第一遍由路中心开始,机械慢速前进,将混合料向中间翻,第二遍从两边开始,将混合料向外侧翻。然后再翻犁两遍,此时翻犁到底,并随时检查调整翻犁的深度,使填料拌和充分、色泽一致。同时,随层抽样进行筛分试验,检查碎石含量。混合料拌和均匀后,立即用平地机整平和整形。8)碾压。平整完成后即采用光轮压路机碾压,其碾压原则为“先边后中,先内后外,先静后振”,相邻轮迹重叠40 cm～50 cm,路基的两侧应多压2遍～3遍。碾压过程中,如有弹簧、松散、起皮等现象,应及时翻开重新拌和,并按要求进行压实度检测。

3 结语

高液限黏土具有天然含水率高、细粒含量大、液塑限高、压实性差、收缩性大等不良工程性质,不能直接用作路床填料。采用掺拌粉煤灰和砂砾联合改良方法对其改良后各项指标均有所改善,能有效减少细粒含量、降低收缩性能,并能提高土体强度和压实密度,同时还可以改善高液限黏土的开裂特性,可作为二级公路的上路床填料。

[1] JTG D30-2004,公路路基设计规范[S].

[2] 杨 俊.高速公路高液限粘土路基的改良及其施工技术[J].公路,2008(8)：140-143.

[3] 陈 安.湘南高液限粘土路用填料改良研究[J].湖南科技大学学报(自然科学版),2008(9)：63-65.

[4] 曹沂海,陈 宏.改良后的高液限粘土在高速公路施工中的应用[J].铁道工程学报,2006,98(8)：34-37.

[5] 刘 江,张荣堂,严东方.高液限粘土压实性能的试验[J].华侨大学学报(自然科学版),2007,28(3)：316-319.