多雨地区砂类低液限黏土路基填料改良试验方案研究

刘杰

摘要：为了改善多雨地区砂类低液限黏土难以压实，成型后的路基容易产生松散和溃散等问题，分别采用物理改良和化学改良的方式对路基填料进行改良，经过研究，用碎石改良比用水泥改良的效果更好，碎石掺量为30%的碎石改良土各方面指标均较为良好，使用此掺量改良后的路基具有强度高、变形小等特点。

关键词：砂类低液限黏、路基、碎石改良、水泥改良

1概况

本研究路段位于四川省宜宾市境内，长江零公里处，路基填料主要为级配不良砂（低液限黏土），据路线所在县气象局记录资料显示，平均相对湿度81～83%;雨季为5～9月，雨量占年平均雨量的76.4%，7～8月多暴雨;平均最低降雨量794～886.4mm，最高年降雨量1303.6～1597.9mm;最大暴雨强度为115mm，24小时最大降雨量为315.2 mm，最大月降雨量为433.4mm。由此可见，该地区年平均雨量较大，路基填料一般具有较高的天然含水率，经现场试验，现场实测压实度无法达到96%的要求，且由于雨水浸泡、冲刷，已成型路基容易产生松散等问题。因此根据当地的气候条件，结合填料本身的物理性质采取措施对原有填料进行改良，使其满足路基填料的基本要求，并能使成型路基的压实度达到要求，具有一定的强度和稳定性。

2 改良方案及改良材料室内试验

2.1 天然土试验

天然土的性能试验按《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）的规定进行，实测技术指标详见表1。

由检测结果可知，天然土的性能指标满足路基填料的要求。经现场碾压，压实度始终无法达到96%，初步分析是由于天然土中的砂含量过高，级配不良导致的，因此，需要采取一定的措施对天然土进行改良，使成型后的路基满足要求。

2.2 水泥改良

水泥改良按性质分类属于化学改良，其作用机理为：将水泥按一定比例加入土中后，水泥中的矿物成分会与土中的水发生水化反应，生成Ca（OH）2和其他水化物，水泥水化后会逐渐硬化，形成早期水泥土的骨架，改善土的级配组成，随着水泥水化反应的进行，水泥水化后的产物会与土颗粒相互粘结，粘结后的产物会极大的改善土的力学性质，使水泥土具有足够的强度和稳定性。

参考该地区类似施工技术经验，选择普通硅酸盐水泥P·O42.5作为水泥改良土的外掺料，分别选择3%、5%、7%的水泥掺量做室内击实试验，根据不同水泥剂量及相应的最佳含水量、最大干密度以及设计压实度98.0%，计算成型一个试件所需混合料，室内按干混合料质量计算各种材料用量进行拌制成型无侧限抗压强度试件，在温度20±2℃，湿度≥95%条件下养生6天，浸水1天后进行抗压强度试验，试验结果详情见表2。从水泥土的室内试验结果可知，掺入水泥改良后的土的基本性质符合路基填料的基本要求。

2.3 碎石改良

水泥改良按性质分类属于物理类改良，碎石掺入原土中能改善其性能的原因在于：一方面碎石本身具有较好的力学性质，其体积稳定性也比天然土好;另一方面，碎石掺入天然土后作为骨架，使改良后的土的级配良好，增加了碎石和土颗粒间的摩擦力，以便能碾压得更加密实。

本次研究分别选择碎石掺入量为10%、20%、30%的改良土作为研究对象，并根据不同的掺量分别做了室内击实试验，得到如下结果：当碎石掺量为10%时，改良土的最佳含水率为11.3%，最大干密度为1.95 g/cm3;当碎石掺量为20%时，改良土的最佳含水率为10.0%，最大干密度为1.99 g/cm3;当碎石掺量为10%时，改良土的最佳含水率为8.3%，最大干密度为2.09 g/cm3。

3 改良土现场试验

3.1 水泥改良土

由水泥改良土的室内试验可知，水泥掺量为3%、5%和7%的水泥改良土的基本性质都满足路基填料的技术要求，但是水泥掺量为3%的改良土的无侧限抗压强度不高，且成型的击实試件稳定性一般;水泥掺量为7%改良土虽然各方面性能都比较好，但也要考虑经济效益，故水泥改良土的水泥掺量最终选择5%。

由于土的天然含水率较大，故将原土取好后晾晒至室内击实试验得到的最佳含水率计算后的水泥改良土的含水率，然后加入比例为5%的水泥进行拌和，根据事先准备好的标准滴定曲线检查拌和质量，待拌和均匀后进行碾压。碾压由26t和22t压路机组合碾压，碾压顺序由两侧后中间，先静压后弱振，再强振再静压收光的碾压程序。碾压轮宽按1/2叠加碾压，碾压速度控制在4km/h。根据相关施工经验考虑，一般填方路基组合碾压8遍即可达到压实度96%的要求。因此将试验段分为3个区域分别碾压4、6、8遍。并由试验人员对三个区的压实度进行检测。实测压实度分别为：93.1%、94.2%、94.5%，对应的含水率分别为：10.1 %、9.9%、9.8%。由此可见，水泥改良土仍难以达到压实度96%的要求，且经现场观察，水泥改良土压实后的表面存在许多块状裂缝，仍存在雨水浸泡损害的可能性。综上所述，用水泥改良砂类低液限黏土的效果并不理想。

3.2 碎石改良土

由于在附近地区没有用碎石改良类似土质的相关研究，无法确定最佳碎石掺量，故将碎石掺量为10%、20%和30%的改良土分别进行现场试验，通过对现场试验结果的分析获得合适的碎石掺量。

与水泥改良土相同，由于土的天然含水率较大，故原土需要晾晒;与水泥改良土不同的是需要先将取好后的土样与碎石拌和均匀后再晾晒至室内击实试验得到的最佳含水率，然后开始碾压。经现场测试，当碎石掺量为10%时，改良土的实测压实度为95.0%，对应的含水率为11.9%;当碎石掺量为20%时，改良土的实测压实度为97.1%，对应的含水率为10.2%，压实度满足96%的要求，故继续弯沉试验，经检测，碾压后的弯沉值为190（0.01mm），满足本路段设计弯沉值210（0.01mm），但碾压后表面有明显的碾压轮迹;当碎石掺量为30%时，改良土的实测压实度为98.6%，对应的含水率为8.2%，压实度满足96%的要求，继续弯沉试验，经检测，碾压后的弯沉值为106（0.01mm），满足本路段设计弯沉值210（0.01mm），且碾压后的表面平整，无明显碾压轮迹。明显可以看出，碎石掺量为30%时的碎石改良土碾压后的各项性能指标较好。

4 结论

（1）综合两种针对砂类低液限黏土的改良方式，碎石改良比水泥改良的效果更为明显。（2）推荐碎石掺量30%为砂类低液限黏土的最佳改良掺量，在此掺量下的碎石改良土各方面指标均满足要求，且有较好的外观完整性。

参考文献：

[1]刘道斌.I类红砂岩路基的固化改良研究[J].建材世界，2010，31.

[2]姚忠阳.湖区不良路基填料改良处置技术[J].湖南交通科技，2007，33.

[3]中华人民共和国国家标准.土的工程分类标准（GB/T 50145-2007）[S]，中国计划出版社，2008.

[4]中华人民共和国行业标准.公路土工试验规程（JTG E40-2007）[S]，人民交通出版社，2007.

（作者单位：中铁四局集团有限公司重庆分公司）