黄土掺配砂砾改良试验研究及施工注意事项

张宏炜

(新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，新疆　乌鲁木齐　830006)

黄土掺配砂砾改良试验研究及施工注意事项

张宏炜

(新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，新疆乌鲁木齐830006)

关键词：黄土；填料；砂砾改良；路基；试验研究；注意事项

0引言

我国黄土分布面积约为63.5万km2，占世界分布总面积的4.9%左右，而湿陷性黄土又占了相当大的比例。湿陷性黄土是指某些覆盖土层受水浸湿时，在自重应力和附加应力的作用下，土的结构迅速破坏而发生显著的附加下沉，其强度也随之迅速降低。由于湿陷性黄土的上述特征和特定的气候特点，导致湿陷性黄土地区的路基、路面容易产生多种特有的病害，主要表现为：路基沉陷、路基陷穴、边坡冲刷与失稳、高填方路基破坏、挖方路基软化和翻浆、半刚性基层和沥青面层的裂缝等，这些病害的产生严重影响着道路的通行能力。若因黄土的工程性质差而将其废弃不用，采用砾类土进行换填，则将大规模地增加工程建设投资，带来不必要的浪费和损失；同时也会产生一系列连带问题，诸如造成环境破坏、增加弃土场规模等问题。针对上述问题，本文以G218线种羊场至吐尔根段公路工程路基填料为研究对象，结合湿陷性黄土的物理力学性质等，提出了黄土掺配砂砾改良的路基填筑方案。

1工程概况

G218线种羊场至吐尔根段公路工程位于新疆西北部伊犁河谷，区域内地形起伏较大，以草场、农田为主。总体地势东北高，西南低，海拔高度800～1 050 m，公路沿线两侧地貌依次为冲洪积平原(河谷阶地)-山前倾斜平原-丘陵-低中山。路线布设在新源县北部阿乌拉勒山北坡，呈黄土丘陵地貌，通过对项目区沿线土质进行调查，并充分研究项目区沿线黄土的物理性质，根据试验结果可知项目区土中<0.005 mm的质量占比为20.63%，其中<0.002 mm的质量占比为12.22%，主要以黏土为主。同时，对项目区黄土的液塑限进行测定，液限都<50%，塑性指数都>10。依据细粒土的分类标准，属于低液限黏土。

目前，新疆公路建设单位和设计单位在公路工程建设中，针对低液限粉黏土较为普遍采取的措施，即为挖除低液限粉黏土，换填砾类土的处治方式。项目区地形起伏较大，受地形限制，存在较大黄土挖方；且项目位于伊犁河谷地区，生态环境十分敏感，沿线可供工程使用的砂、砾石料和路基填筑材料较为匮乏。同时，通过对项目区黄土进行CBR试验，其平均值为3.6%，不满足上路堤及路床范围填料的要求，需要对挖方黄土进行改良处理后才能用于路基填筑[2]。

2改良试验方案

在保证工程质量的前提条件下，路基填料选择应尽可能地降低工程建设造价，一般均就地进行取料；如果项目沿线的路基填料均不能满足工程要求，且由于采用远距离运土、换填等方案的不经济性，就需要考虑对不能满足工程要求的不良土质进行改良处治，待满足工程要求后才能进行路基填筑。对不满足工程要求的路基填料进行改良的处治措施主要有物理和化学改良两种[1]。物理改良处治主要是在路基填料中掺加另一种填料进行机械混合，拌合均匀后以达到改善路基填料的颗粒组成及其级配，以及提高其物理力学性质的措施。化学改良处治主要是通过向路基填料中加入某种掺和料，并促使土体与该掺和料之间相互发生化学作用，从而达到改变土体的结构，以及使其物理力学性质等发生较大的变化[3]。

G218线种羊场至吐尔根段项目区路基填料缺乏，需远运解决，因此，本着“填挖平衡、就近利用”原则，借鉴清水河至伊宁高速公路项目路基填筑的经验，考虑采用物理改良的处治措施，即在黄土中掺加一定比例的砾类土对其进行改良，以提高其物理力学性质。砾类土应采用级配良好，自身强度高，且颗粒间摩阻力高的大粒径石料。对黄土进行掺配改良时应充分利用大粒径石料的骨架作用，提高黄土的工程性能，从而满足填筑路基的工程要求，以达到降低工程建设造价的目的。

本项目按照砂砾与黄土的掺配比例(按体积比)分别以2∶8、3∶7、4∶6进行掺配改良试验。试样按照松装密度进行配料并拌合均匀，然后通过室内重型击实试验来确定各种掺配比例的最佳含水量和最大干密度。另外，为进一步确定在最不利情况下，各种掺配比例的改良后黄土的承载能力，需进行CBR承载比试验。通过不同掺配比例的CBR承载比试验，分析改良后黄土的物理力学性能的变化，提出具有较高承载能力且满足路基填筑要求的合理掺配比例，同时保证其具有较好的水稳性。

3试验结果分析

3.1不同砂砾掺配击实试验

表1　不同砂砾掺配击实试验结果表

通过击实试验结果可知，当黄土中砂砾掺配量为20%时，其最大干密度仅为1.86 g/cm3，最佳含水量>11%；当砂砾掺配量达到40%时，最大干密度达到1.93 g/cm3，显著增大，而最佳含水量则显著降低。分析可以得出，随着砂砾掺配比例的逐渐提高，其最大干密度相应逐渐增大，最佳含水量逐渐减小。

由击实试验结果还可得知，随着砂砾掺配比例的增加，混合料的吸水量逐渐减小；另外，在击实过程中发现，随着砂砾掺配比例的增加，击实筒底部会有渗出水。究其产生的原因是由于天然砂砾的颗粒粒径比较大，比表面积小，且其本身为石料，吸水能力较差，黄土掺加天然砂砾进行改良后，其保水性显著降低。

3.2掺配改良黄土CBR承载比试验

表2　不同砂砾掺配CBR承载比试验结果表

击实试验完成后，按照击实试验结果进行不同掺配比例的CBR承载比试验。根据CBR试验结果可知，掺加天然砂砾后，当掺配比例从2∶8到3∶7时，CBR值由7.6增加到13，增加了近2倍；当掺配比例从3∶7到4∶6时，CBR值由13增加到35.3，增加了近3倍；通过分析可以得知，砂砾掺配比例增加到30%时，原有土体的受力结构就得到显著的改变，纯素土的CBR值由3.5增加到13，提高了近4倍，由此可见掺加砂砾后，土体的物理力学性质得到明显提高；当掺配比例达到40%时，砂砾在土体中明显起到骨架作用，改良后黄土的CBR值比纯素土增大近10倍，其承载能力得到了显著提高。

4施工注意事项

G218线种羊场至吐尔根段施工推荐采用路拌的掺配方式。路基施工时先用自卸车将素黄土运输至施工现场，松铺厚度约18 cm，然后在其上再松铺约12 cm砂砾，填筑后再用拖拉机牵引翻转犁进行翻转拌合，使黄土和砂砾充分拌合，最后用平地机进行整平。为了保证黄土与砂砾掺配均匀及施工质量，施工中应做到：

(1)根据翻转犁的有效工作深度为40 cm左右，因此，施工时黄土和砂砾掺配后的松铺厚度应控制在30 cm以内；

(2)施工过程中，掺配改良黄土的含水量要控制在最佳含水量的±1%；

(3)在碾压施工时，压路机不得在已经碾压完成的路段进行作业，也不能在碾压过程中进行“掉头”、急刹车；同时还应保证做到“五保证、四不压”的原则，五保证即：保证及时进行碾压、保证压够遍数、保证不漏压、保证压到边、保证压到结合部位；四不压即：铺筑土层过厚不进行碾压、含水量过大或过小不进行碾压、填料中有杂质不进行碾压、表面不平整不进行碾压；

(4)在施工过程中，为了确保工程符合设计要求，应严格控制掺配改良黄土的压实度、填筑厚度、平整度等一系列指标[4]。

5结语

综上所述，由于黄土的物理力学性质较为复杂，相差较大，当其不能满足路基填筑的压实标准要求，且不得不用于填筑路基时，应进行物理改良处治。

(1)砂砾能够有效地改良黄土，掺配比例从2∶8到4∶6时，其CBR值随砂砾掺配比例增大而显著提高；当掺配比例为3∶7时，原有土体的受力结构得到显著的改变，土体的物理力学性质得到明显的提高；当掺配比例达到4∶6时，砂砾在土体中明显起到骨架作用。

(2)综合考虑各项试验结果，采用砂砾与黄土的掺配比例为4∶6作为实际施工中的掺配比例，其CBR值较高，具有足够的承载能力和稳定性，满足路基填筑的要求。

(3)砂砾改良黄土在施工中是可行和有效的，相对弃土换填等处治黄土路基，具有较好的经济和环保效益。

参考文献

[1]张登良.加固土原理[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2]JTG D30-2015，公路路基设计规范[S].

[3]郭绍影，赵亚男，彭泽仁，等.客运专线路基粉黏土填料适用性判别及改良设计[J].铁道标准设计，2004(9)：1-4，104.

[4]马兰花.浅谈公路工程中改良土路基的施工工艺技术[J].科技信息，2012(35)：380，411.

摘要：文章以G218线种羊场至吐尔根段公路工程路基填料为研究对象，通过对该公路工程湿陷性黄土的物理力学性质、路用性能进行分析，提出了黄土掺配砂砾进行改良的路基填筑方案，并进行了试验验证，同时阐述了掺配施工的方法及注意事项。

Experimental Study and Construction Considerations on Loess-blending Gravel Improvement

ZHANG Hong-wei

(Xinjiang Transportation Planning Surveying and Design Institute，Urumqi，Xinjiang，830006)

Abstract：With G218 Zhongyangchang-Tuergen Highway subgrade filler as the study object，and through analyzing the physical and mechanical properties as well as road performance of wet collapsible loess in this highway engineering，this article proposed the subgrade filling program improved by loess-blending gravel，conducted the verification experiments，and described the blending construction meth-ods and precautions.

Keywords：Loess；Filler；Gravel improvement；Subgrade；Experimental study；Precautions

作者简介

中图分类号：U416.03

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.008

文章编号：1673-4874(2016)04-0027-03

收稿日期：2016-03-28

张宏炜(1982—)，硕士，工程师，研究方向：公路勘察设计。