弱—强风化泥质粉砂岩物理改良土的试验分析

王 飞 安徽省六安市公路管理局金寨分局，安徽 六安 237300

S366 六安段建设工程东接合肥段，向东延伸繁华大道与合肥经济技术开发区相连，六安段穿过椿树镇，在黄泥店下穿六舒三公路，经中店乡，终点在戚家桥上跨G105 和淠河总干渠，全长30.9 公里，是构筑合肥经济圈城市群重要干线。六安段路基施工时，路基土弱和强的风化泥质粉砂岩分布整个路线，埋深不等，呈暗紫色、棕红色，在天然的状态下，通常是成块，石状，所以很难被破碎，即使选用机械的破碎方法，也很容易造成细颗粒太少，而粗颗粒太多，以及部分粒径组缺失和级配不良的问题。同时为了节省工程的造价，让其应用到高等级公路的路基填料中，就必须将其进行物理方法的改良，然后再考虑使用的问题。

1 弱-强风化泥质粉砂岩的击实特性

1.1 改良土的最大干密度和最优含水量

为了获取弱，强风化泥质的粉砂岩的最大干密度，还有最佳含水量和掺入的粗砂量的关系，实验中把弱和强的风化泥质粉砂岩分别掺入5%和10%，15%，20%和25%的粗砂，并且按照《水利工程土工试验规程》的相关规定，然后进行大型(重)的击实试验，图1 是在不同的掺砂量情况下弱和强风化泥质粉砂岩的最大干密度，还有含水量的关系，而图2 是弱和强风化泥质粉砂岩的最大干密度和掺砂量的关系。不难看出，在相同的击实功下，其最大的干密度会ρdmax随着掺砂量的增加而增大，如果掺砂量是25%的时候，最大的干密度可以达到最大，其数值是2.26g/cm3。但是如果当掺砂的量达到了20%以后，其最大的干密度，随着掺砂量的增加的特性就不再那么明显了。这说明，弱和强风化泥质粉砂岩，在掺入了一定量的中粗砂以后，其颗粒的级配就变得更加优良了，让后再经过压实处理，就能够获得非常大的干密度，同时因为在击实的过程中，会有颗粒破碎的问题发生，所以这就直接导致了弱，强风化泥质粉砂岩中的细颗粒含量，主要还是受到颗粒破碎性的影响。实验中其掺砂量从5%到25%的过程中，其最优的含水率wopt是稳定维持在7.2%到8.0%之间的，可以看出在不同的掺砂量的情况下，它的弱，强风化泥质粉砂岩在改良土击实的时候，最大的干密度对含水量的影响是不明显的，现场在对填筑泥质粉砂岩弃碴进行改良土时，可以按照天然的含水量进行，而不是进行人工的渗水或者是凉晒工作。

图1 不同掺砂量下改良土的干密度ρd与含水量wa的关系

图2 改良土的最大干密度与掺砂量的关系

1.2 不同掺入量下的颗粒级配的变化情况

针对弱、强风化泥质粉砂岩的颗粒级配而言，其基本上都是比较窄的级配土，在机械进行破碎以后，它的颗粒级配曲线是非常难满足高等级公路路基施工要求，如果是路基填料，其不均匀的系数Cu ＞15，而曲率系数Cc=1 到3 的要求，在这样的条件下，如果直接成为填料填筑，那么其结果是很难达到工程对路基所规定的压实度，所以在这些风化料中，一定添加一定量的中粗砂粒(这些砂砾的直径范围＜5 毫米)，通过这种方法，就可以扩大这些材料的级配曲线的粒径范围，进而改善土样的骨架结构，让其受力性的能力更强.所以应该选择不同的掺入量，然后对泥质粉砂岩弱、强风化料，进行实际的颗粒分析试验，分析的结果如图3 所示.通过图3可以看出，随着对中粗砂的掺入量的提高，图中的级配曲线有向右移动的倾向，而且整体情形是趋于平缓，在土中，起骨架作用的颗粒总含量没有增加，但是0.1 到2 毫米颗粒的含量却增加了，这样正好可以填补弱、强风化泥质粉砂岩中，骨架颗粒以及被破碎的细小颗粒的空隙，进而可以让土的后级配得到非常好的改善，这样改良土就会更容易被压实。土的不均匀系数Cu，还有曲率系数Cc 的值如下图2 中所示，通过图表2 不难知道，当在窄级配的弱、强风化泥质粉砂岩中掺入砂土之后，它的Cu 数值就有了非常大的提高，在掺入中粗砂的比例达到15%的时候，它的级配就已经满足施工对路基的填料要求。

图3 不同掺入量下的弱-强风化泥质粉砂岩的颗粒粒径及级配变化

1.3 碾压前后颗粒级配的变化情况

因为强风化的泥质粉砂岩在碾压之后，是非常容易破碎的，通过在对现场的，不同位置的泥质粉砂岩的物理改良土，进行碾压前以及碾压后的颗粒级配测试的结果如图4。

图4 泥质粉砂岩物理改良土采取不同筛分法的颗粒大小分布曲线

通过图4 可以知道，对泥质粉砂岩的物理改良土里面是含有黏土粒的砂类土，选取通过直接筛选的方法，会让它的试验结果严重的不真实，它的根本原因就是软质岩细颗粒拥有非常强的黏性，而且在振动筛选的时候，还非常不容易的脱离，进而就可能造成筛选的结果偏粗的问题。针对泥质的粉砂岩来说，它的物理改良土的方法无论是在经过碾压，还是不经过碾压，还是经过泡水与否，颗粒的粒径经常都保持不变，这表明泥质粉砂岩的物理改良土，在比较优秀的级配下，是比较容易被碾压成密实的状况的，进而增加抵挡颗粒破碎的能力，从而抗压的性能有稳步的提高。

2 改良土CBR 的试验情况

对改良土CBR 的试验过程，要严格的按照《公路土工试验规程》进行处理，首先是要进行泡水四天的处理，观察发现弱、强风化的泥质粉砂岩，它的物理改良土CBR 的数值会随着掺入值的变化而变化，详细情况可以看图5。通过对图的观察可以看出，在实验中，随着掺入砂量的不断增加，其实验的改良土CBR 的数值也会随着增加，但是改良土的膨胀量却有所减少。

图5 弱-强风化泥质粉砂岩物理改良土CBR 值随掺入量的变化

通过图5 可以看出，依据弱风化的软质岩破碎后的结果，通过颗粒的级别配比分布问题，来选择可以掺入的某一段砂粒直径的组成，这样的方式，不仅可以改变要填入材料的级别配比，进而来增加被填料的不均匀性，同时还可以从本质上提高土体的CBR 数值。这样改良的填料再经过压实之后，再通过细小颗粒在粗大的颗粒中进行填实的工序，那么之前所形成的孔隙，就非常容易得到比较大的密实度，还有非常好的力学性作用，同时还能极大的节省工程项目的造价。依据日本铁路的路基填料对CBR 数值的整体要求，也就是CBR ＞10%的标准，这个实验的土样在掺入中砂，和粗砂的量一定要超过15%，就可以用在高等级公路的路基填筑工序中，但是还存在的问题是，虽然弱、强的风化泥质粉砂岩，在掺入中砂，粗砂后，实验土样的CBR 数值就明显的增加，而泡水的膨胀量却是大大的缩减了，同时实验的土样的吸水量也极大的减少，但是吸水量还是比较大。所以通过实验后的分析和研究，这种填料如果是用在高等级公路的路基材料的时候，还是应关注隔水和防水方面的问题，而且在实际的施工中，是绝对不能用在有浸水路堤的填料中的。同过以上的实验，得出结论，第一点，在实验土样中，掺入中粗砂是非常有利于弱、强风化泥质粉砂岩的最大干密度的增大，但是其增加的幅度并不是非常的明显，而且其最好的含水量，变化也不是十分明显，这些情况可以看出，对现场填筑土的含水量，可以按照天然的含水量进行配比。第二点是，在弱、强风化泥质的粉砂岩中，掺入中砂和粗砂后，提高土体整体的CBR 数值，而其其水的稳性也得到了很好的增强，通过分析在92%的压实度的改良土中，改良土的CBR 值都高于10%，所以它是可以用在高速铁路的路基填料方面的。

3 总结

通过以上对试验数据的详细分析，在实际的应用中，最好是应用弱、强风化泥质的粉砂岩的掺入百分之二十的中砂和粗砂，之后再进行路基的填筑工作，但是针对这种改良后的填料，如果是用在高等级公路的路基材料时，还是要关注隔水和防水方面的问题，并且一定不能用在浸水的路堤填料上。

［1］胡萍，王永和，卿启湘.软岩改良土特性的室内试验研究［J］.湖南工业大学学报，2007，21(2):96-99.

［2］王永和，胡萍，卿启湘.影响土样击实试验结果的试验分析［J］.铁道科学与工程学报，2006，3(6):31-34.