不良路基填料改良技术试验研究

夏婷婷

(中铁十八局集团第二工程有限公司，河北 唐山 064000)

1 概 述

蒲都高速项目路基大部分处于川西平原冰水堆积土层，由于冰水堆积土经受长期的侵蚀、冲刷、沉积，致使冰水堆积土具有一定的分选性、成层性，在棱角性和级配方面，土粒与河砂相似，颗粒均匀，棱角性较差而级配不良，决定了冰水堆积土不是路基工程的理想填料，土体的天然含水率普遍较高，难以被压实，因此，必须采取改良措施才能获得足够的强度与稳定性。

2 试验内容

对天然土样进行击实试验、液塑限试验、颗粒筛分试验，对掺灰土样进行击实试验、液塑限试验、CBR试验。对比分析掺灰前后各项物理力学指标的改变情况，并针对过湿冰水堆积土的施工，提出合理、有效的改良技术方案。首先，对各个取样桩位的土样、全部桩位等比例混合后的标准土样分别进行颗粒分析试验、液塑限试验及击实试验，以研究天然土样的粒径组成、吸水及压实性能，然后，将土样含水率调配至既定的数值(10%、15%、20%、25%、30%)，并按比例掺入生石灰(4%、6%、8%)，以分析不同生石灰掺量对不同含水率土样的改良效果，包括压实性能等[1]。

3 室内试验

3.1 现场取样

选取代表性土样，以使试验结果能够较好地符合实际情况，更加有效地指导现场施工。

3.2 天然土试验

3.2.1 天然含水率测定

土样取回后，立即进行天然含水率测定，以使所测定得到的数据与土样天然含水率相近。6个桩位所取土样实测天然含水率见表1。

表1 天 然 含 水 率

6种土样的天然含水率均较高，都在20%以上，含水率过高致使路基压实施工不能获得较好的压实度。

3.2.2 混合土样制备

现场取得的6种土样等比例混合，以四分法称取足量土样进行颗粒筛分试验，并开展液塑限试验及击实试验，接着按比例掺入生石灰以进行掺灰土试验，包括击实试验和CBR试验。依据试验基础数据，加以分析，进而指导现场掺灰压实施工。

3.2.3 颗粒筛分

首先将各桩号土样烘干一部分，之后用四分法取出2～3kg烘干土样，称量土样质量后将土样浸泡一夜，进行土工筛分试验[2]，试验结果见表2。

表2 颗粒筛分结果

通过对7种代表性土样特性的研究，得到了7条级配曲线，从而获得西部地区冰水堆积土级配上下限，从以上数据可以知道，本次试验所用混合土样的颗粒级配处于前期研究得出的范围内，仍然含有大量的细颗粒。

3.2.4 天然土液塑限试验

取各桩号粒径在0.5mm以下土样1000g以上，用四分法取200g试样三份，加水调配至适宜含水率，调配好后，置于密闭容器中闷土18h，然后进行液塑限试验[3]，相应试验结果见表3。

表3 液塑限联合测定试验结果

由以上数据可以知道，本次试验选取的混合土样的液限为38.6，塑限为23.5，塑性指数为15.1，说明该混合土仍是具备较大塑性的细粒土。

3.2.5 天然土击实试验

将等比例混合土中按比例加入水，调配至既定含水率，置于容器中闷土18h，以使试样含水率更加均匀，闷土完成后进行击实试验，结果见表4。

表4 天然土击实结果

3.2.6 天然土CBR试验

将混合土含水率调至最佳含水率13%左右，进行天然土的强度试验，试验结果见表5。

表5 天然土CBR值

由以上数据可知，天然混合土在其最佳含水率附近的CBR值为13左右，强度能够达到高速公路填土要求。然而，天然土样最佳含水率低于14%，与天然含水率相差较大，土样在较高含水率的条件下，强度不能达到路用要求。CBR试验中其他参数见表6。

表6 CBR试验中其他参数

天然土样的干密度、膨胀率和压实度随着击实功的增加而增加，吸水量因击实功的增大而减小。

3.3 掺灰土试验

在选取出的代表土样中掺入生石灰，进行击实、CBR试验，以获得土样在不同含水率的条件下，生石灰对土样的压实度强度的改良效果[4]，以压实度为主要指标，得出最佳含水率与天然含水率差值和掺灰量之间的关系曲线，从而指导现场施工。

3.3.1 击实试验

不同掺灰比(0、4%、6%、8%)的灰土最大干密度和最佳含水率见表7，最大干密度和最佳含水率与不同掺灰比的关系曲线见图1。

表7 击实试验结果

图1 最大干密度与最佳含水率随掺灰量变化关系曲线

数据表明：土样最大干密度随掺灰量增加而减小；土样最佳含水率随掺灰比的增加而上升。最佳含水率升高，表明生石灰提高了土样的水稳定性。

3.3.2 CBR试验

将天然土样按比例掺入生石灰，并调配至既定含水率，开展掺灰土强度研究[5]。选取每层50击作为代表值，以反映不同含水率、掺灰量条件下，土样的强度、压实度等指标，试验结果见表8。

表8 掺灰土CBR值

数据表明，土样的CBR值随土样含水率的增加呈现出先增加达到峰值，继而下降的趋势，从图1大致可知，不同掺灰量的土样都在含水率在15%～20%之间达到峰值(见表9)。

表9 掺灰土CBR试验中其他参数

通过上述试验得出结果：土样膨胀率随着土样含水率的增加而降低，随着掺灰量的增加而降低；试件压实度随着土样含水率的增加，呈现出先增加达到峰值后减小的趋势，随着掺灰量的增加总体也呈现一定的下降趋势；试件在浸水后的吸水量，随着土样含水率增加而显著降低，同时，随着掺灰量的增加也有一定的减少。

4 试验结果与讨论

通过研究土样在掺入生石灰前后各项指标(以含水率为主)的变化，来构建生石灰掺入量与土样天然含水率、最佳含水率之间的对应关系，通过分析试验数据，可以得出：第一，混合土样的最佳含水率在掺入生石灰后，由于生石灰的多种化学作用，使土样的最佳含水率得以提高。其中，掺灰比从0到4%增加时，最佳含水率增加1.3%左右。其后，掺灰比每增加2%，最佳含水率增大1%左右。第二，掺入生石灰后，土样的最佳含水率得以提升，同时，生石灰的天然含水率也得到一定程度的降低，从试验数据来看，生石灰对土样含水率降低的效果，随着土样含水率的增加而增强，土样含水率在30%以上时，生石灰的降水效果较好，达到1.5%以上。

综合上述分析，以压实度为主要指标，建立土样天然含水率与最佳含水率差值与压实度之间的关系曲线，随着土样中生石灰量的增加，土样的压实度得以提高。压实度与含水率差值关系见图2。

图2 压实度与含水率差值关系曲线

5 主要结论

采用代表性工点取样，按照比例掺配得到的混合土具有很好的工程代表性。混合土性质处于前述研究得出结论的范围中，能够作为代表土样，得出的结论也具备较强的代表性。混合土样的级配曲线，处于研究得出的上下限之间，液塑限及塑性指数与前述实验采用土样相近，最佳含水率附近CBR值满足要求，但土体天然含水率远高于最佳含水率，因而极难压实，基于此，混合土样能够满足研究需求，具备良好的代表性。掺生石灰前后，土样的各项指标变化巨大，土样的性质得到了明显的改善。掺灰前土样的强度很低，并且难以压实，掺灰后，土样的强度得到了极大的提高，提高超过10倍；掺灰后，土样的天然含水率得到了不同程度的降低，并且，随着含水率的升高，减水量也增加，对于高含水率土样的减水效果更佳；土样的最佳含水率也随着掺灰量的增加而提高，并且掺灰量每增加1%，最佳含水率提高约1%；掺灰后，在含水率较高时，土样仍具备较好的可压实性，在击实试验中能够获得较好的密实度。

试验中，土样压实度随着含水率差值的增加而呈现先增后减的趋势，并且掺灰量的增加也能带来一定幅度的压实度提升，因而，土样的改良存在着最优的掺灰比例。试验得到了含水率差值与压实度之间的关系曲线，能够根据现场土样含水率及路基填筑要求的压实度，通过查表获得土样的最佳改良掺灰比。整体上，8%掺灰比土样优于4%及6%的掺灰土样，施工时可综合考虑工程造价等诸多因素，从而确定改良土的最优掺灰比例。