中东地区石灰岩质土石方回填料掺沙漠砂改良研究

李志鹏，陆土勤

（中交四航局第二工程有限公司 广州 510230）

0 前言

卡塔尔地处沙漠地区，沙漠砂资源充沛，地质条件为石灰质强风化岩，分布广泛［1］。卡塔尔多哈东部走廊是连接多哈新机场和工业区的一条主要高速公路，道路主线全长10.736 km，标准段宽264 m，双向10 车道［2］，道路结构如图1 所示。本文结合多哈东部走廊工程实践，对石灰岩质土石方回填料掺沙漠砂改良工艺进行了研究。

图1 道路典型断面Fig.1 Typical Road Cross Section （mm）

1 概况

本工程底基层回填料为一种级配良好且低液塑限的回填土（精选料），工程量约65 万m³，技术规格书要求通过使用英国标准《BS1377-Part2—1990》［3］试验标准试验后，级配试验结果中75 mm 筛通过率100%，0.075 mm 筛通过率小于20%，液限不大于35%，塑性指数不大于6%，塑性指数比卡塔尔国标QCS［4］的10%要求更加严格。

液限测定试验：采用碟式仪法，操作方法及判别标准如下：

⑴制备试样、调匀，铺于铜碟前半部，然后将铜碟前沿试样刮成水平，使试样中心厚度为10 mm，用工具沿铜碟直径将土样划开，形成V形槽；

⑵以2 击/s 的速度转动摇柄，使铜碟反复起落，坠击于底座上，记录槽底两边的土试样合拢长度为13 mm时的击数并取样做含水率试验；

⑶使用不同含水率的试样，重复步骤⑴、⑵4～5次；

⑷以击数的对数为横坐标，含水率为纵坐标，在单对数坐标纸上绘制击数与含水率关系曲线，取曲线上击数为25击所对应的含水率为试样的液限。

塑限测定试验：采用滚搓法，要求滚搓8～10 g 的试样，当土条搓成直径为3 mm 时产生裂缝并开始断裂，表示试样的含水率达到塑限含水率要求，最后取3～5 g 土条测出含水率，经平行测定后取平均值得到塑限。

根据合同条款，业主提供石灰岩破碎料作为路基施工的原料，施工方通过加工后用于路基精选料施工。通过对甲供的石灰岩破碎料取样检测，相关检测结果如表1、表2所示。

表1 级配试验Tab.1 Gradation Test

表2 液塑限试验Tab.2 Liquid Limit & Plastic Index Test

依据表1 级配试验结果：级配75 mm 筛石灰岩破碎料通过率为98%，0.075 mm 筛通过率为36%，说明这些破碎料的级配不均匀，含泥量高，不满足技术规格书对精选料的要求。级配不合格的回填料，即使现场回填时达到回填料的最优含水率，也难以压实，无法达到项目技术规格书压实度95%的要求，而如果压实度不合格，会在路基中形成许多微小空隙，后期引起地基的不均匀下沉［5］。工程竣工通车后，车辆在高速公路行驶过程中形成竖直压力对路基造成再次压实，可能会使得路基的压实度变大，微小空隙变少，导致路面出现空洞塌陷［6］，故精选回填料级配试验指标必须进行有效控制。

依据表2液塑限试验分析石灰岩破碎料的液塑限试验结果，其液限值和塑性指数值较高，不符合技术规格书对精选料液塑限的要求，高液塑限土遇水饱和会产生下沉或滑动，在工程上会存在质量隐患［7］。

2 掺砂比例对回填料的性能影响分析

回填材料中，通常在土壤中拌合水泥、石灰等生成水泥稳定土、石灰稳定土或者综合稳定土，以达到改善土壤使用性能的目的［8］。本工程技术规格书要求：精选料塑性指数不大于6%，卡塔尔地区的石灰岩破碎料不能直接用作本工程回填料。由于卡塔尔物资匮乏，水泥、石灰等材料都需要从国外进口，且配送周期长，使用水泥、石灰进行改良经济效益较差。

为推动项目实施，结合卡塔尔丰富的沙漠砂资源，供应充沛，选择了掺沙漠砂改良石灰岩破碎料。为了满足使用技术规格书要求，回填料中需要掺更多的砂，但是塑性指数不大于6%的材料已经很接近无液塑限的状态，如果掺砂比例控制不好，材料会变成无粘性状态，造成压不实，且掺砂量提高也会导致施工成本大幅上涨，在没有现有数据可以参考的情况下，很有必要探索最佳的掺砂比例来改良石灰岩质土石方回填料性能，以最经济合理的方式来达到更严格的要求。

2.1 掺砂比例对回填料级配的影响

对甲供石灰岩破碎料分别按照10%、20%、30%、40%、50%的比例掺入沙漠砂进行级配试验［9］，试验结果如表3、表4所示。

表3 沙漠砂级配Tab.3 Gradation for Desert Sand

表4 掺砂后回填料级配Tab.4 Gradation for Backfill Material Mixed with Desert Sand

根据级配试验结果画出级配试验曲线，如图2所示。

图2 级配试验曲线Fig.2 Gradation Curve of Backfill Material Mixed with Desert Sand

对比分析各掺砂比例试验结果，掺砂后回填料级配均得到改善，满足75 mm 筛通过率100%，0.075 mm筛通过率小于20%的要求。

2.2 掺砂比例对回填料液塑限的影响

液塑限指标是反应粘土随着含水率变化从一种状态变为另外一种状态的界限含水率［10］。

甲供石灰岩破碎料液塑性试验结果不满足技术规格书对精选料的要求，且液塑限值均很高，通过对破碎回填料在未掺砂、掺入10%、20%、30%、40%、50%沙漠砂进行液塑限试验，回填料液塑限试验检测结果如表5所示。

表5 回填料液塑限试验检测结果Tab.5 Liquid Limit & Plastic Index Test for Backfill Material Mixed with Desert Sand

根据液限和塑性指数试验结果画出级配曲线，如图3所示。

图3 液限及塑性指数结果曲线Fig.3 Liquid Limit Curve of Backfill Material Mixed with Desert Sand

通过表5、图3 进行分析，没有掺砂以及掺砂量为10%的甲供石灰岩破碎料无论是液限还是塑性指数都不符合技术规格书要求，掺砂量达到20%、30%、40%、50%的回填料液限和塑性指数均得到明显改善，满足技术规格书要求。

3 掺砂比例分析及选择

根据级配和液塑限试验结果的分析，在甲供石灰岩破碎料中掺入20%、30%、40%、50%的沙漠砂，试验结果全部符合技术规格书中精选料的要求。但是甲供石灰岩破碎料中掺砂量为20%时塑性指数试验结果处于临界值，不利于质量控制，掺砂量为40%、50%时，各项试验结果虽满足技术规格书要求，但是不利于成本控制。综合上述分析对精选料从质量及成本等多角度出发，选择在甲供石灰岩破碎料中掺加30%的沙漠砂进行改良为最优方案。

4 结语

卡塔尔多哈东部走廊项目的石灰岩破碎料不能直接用于回填施工，通过掺入30%的沙漠砂，可有效改善回填料的级配和液塑限的性能，在控制精选回填料质量的基础上，最大限度地节约项目成本，达到控制质量及成本的双赢目的，保证了工程的顺利实施。