滇中高液限红黏土用于高边坡加筋土填料的改良方法研究

周灵，张敏，谭超，廖忠林

滇中高液限红黏土用于高边坡加筋土填料的改良方法研究

周灵，张敏，谭超，廖忠林

（四川省地质工程勘察院集团有限公司，成都 610072）

本文基于云南安宁市一大型成品油站场场地加筋土高填方边坡项目，在原设计方案碾压试验的基础上，通过对原方案进行优化，改良土性；并对改良方案进行综合对比试验和分析，提出了一种技术可靠、经济有效、施工简便的改良处置方案，为高液限红黏土填筑加筋土挡墙处置填方高边坡提供技术参考，为今后该类工程实施提供借鉴。

高液限红黏土；加筋土边坡；改良；翻晒；掺拌；压实度

1 工程概况

1.1 研究区地形地貌

工程区位于云南省安宁市，场区整体坡度4°～9°，局部存在3～4级陡坡，地面标高1900～2000m，高差100m，属构造剥蚀低中山地貌。红黏土广泛分布，厚度变化大，局部缺失或大于50m。白云岩风化残积红黏土及全风化白云岩是本场地填料主要来源。

1.2 加筋土高边坡的特征

图1 加筋土边坡地形变化剖面图

场地土石方调配为移挖作填，内侧罐区场地利用挖方料填筑成型，为保证内侧罐区回填边坡的稳定，在外侧坡体采用加筋土边坡作为支护体（高德发和郭金国，2016）。将形成30m高人工填筑边坡（图1），回填坡率为1∶1，筋带采用PET1300 和PET860型。筋带最大长度28m，最小长度20m。两道有纺土工布间设计厚度50cm，分两层碾压，每层压实后厚度25cm（图2）。控制填料含水率op±2%，压实系数不小于0.94，压实后地面平整，高差不大于10cm。在距坡面1.5m内应用小型震动碾压机械碾压，小型震动碾总质量不大于10KN，压实度应达到0.93以上。原设计加筋土坡体填料利用挖方料掺拌40%碎石分层碾压回填。

2 高液限红黏土的物理力学指标及特性

2.1 土样采集及实验测试

红黏土试样取自勘察钻孔原状土样，现场采取原状土样79组，采用铝盒封闭密封保存，按照《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019），送实验室测试物理力学特性。

2.2 红黏土的物理力学指标

据现场勘探取样测试，场地内的红黏土为原生红黏土，由白云岩风化残积加坡积形成，其从地表而下至基岩面，具有典型的上硬下软特征，其中硬塑、可塑状态红黏土占主导地位。通过详勘对现场红黏土的试验统计，其物理指标见表1。

图2 加筋土边坡填筑后的形状

2.3 红黏土的工程特性

根据表1数据和现场实际，该场地红黏土具有以下特点：①天然含水率高，液塑限高，土中水分在正常情况下不易溢出，不易压实；②自由膨胀率最大值为38%，具有弱膨胀潜势，计算得出Ir＜I′r，浸水特性类别Ⅱ类，即土体风干失水收缩后复浸水膨胀，土体的膨胀率不能恢复到原位；③透水性差，毛细现象显著，亲水性强，浸水后能较长时间保持水分，孔隙率大，干密度小，可压实性差（孔令伟和陈正汉，2012；符必昌等，2013；刘振波和赵春宏，2005）。

表1 　红黏土的基本物理性质指标

3 改良方案设计与试验方法

3.1 原方案试验结果

原设计方案：红黏土与碎石按质量比6∶4掺拌，碎石粒径2～5cm，摊铺厚度35cm，分层压实厚度25cm。通过室内击实试验，获得最大干密度ρd=1.92g/cm3，最佳含水率ｗ=12.4%。

现场碾压试验选用自重22t光面轮振动碾，根据工效经验，先静压两遍，后振动碾压2～6遍，碾速控制在4km/h，单遍各取3个试样分别测定含水率及压实度，取样位置为层厚的2/3处，现场试验采用挖坑灌砂法。压实度与含水率、碾压遍数曲线关系如图3。

图3 含水率和碾压遍数与压实度的关系

试验表明：红黏土掺和40%碎石的混合料压实度无法满足设计要求。混合料含水率偏高，随着碾压遍数增加，含水率趋于平缓，很难降至最佳含水量附近；碾压后试验段表面红黏土为主，碎石成分占比很小，碎石被包裹在红黏土中，未起到骨架支撑作用（周世良等，2003）。

3.2 改良方案

改良方案在确保掺入碎石量40%基础上进行，通过对混合料进行翻晒、混合料中掺入不同比例水泥、增掺碎石比例三种方案进行优化（罗斌和赵雄，2009；吴立坚等，2003；罗志强，2004；刘龙武等，2002）。

（1）对混合料进行翻晒，摊铺厚度30cm，每4小时翻拌一次。所用混合料的含水率接近最佳含水率+3%范围内时进行碾压试验。

（2）采用普通硅酸盐水泥P.O 32.5作为掺拌料，按质量比水泥：混合料为6%、8%、10%等3种配比试验。

（3）按质量比碎石：混合料为50%、55%、60%、65%等4种配比试验，即在原设计基础上增掺10%、15%、20%、25%碎石。

4 改良方案试验结果及分析

4.1 翻晒工艺处理混合料

（1）对天然红黏土进行连续7天翻晒，其含水率测试结果见图4。考虑到天气因素及工期要求，在第4天对混合料进行碾压试验，压实度与含水率、碾压遍数曲线关系如图5。

图4 含水率与翻晒天数和温度的关系

图5 含水率和碾压遍数与压实度的关系

（2）试验结果显示，混合料的初始平均含水率在34.9%，平均气温23度，充足日照下进行翻晒，含水率平均每天降低1.46%。混合料含水率降至15%左右，压实度可达到设计要求的0.93。

4.2 掺拌水泥改良

（1）考虑到施工快速性及施工工效，在混合料中掺入不同比例的水泥（6%、8%、10%），搅拌充分后直接进行碾压试验，碾压遍数按7遍进行，压实度与含水率、碾压遍数曲线关系如图6。

图6 含水率和碾压遍数与压实度的关系

图7 含水率和碾压遍数与压实度的关系

（2）试验结果：压实系数随着水泥掺比的增加成正向趋势上升，当水泥掺比达到10%时，混合料的含水率降低非常明显，当含水率降至14%时，碾压遍数达到7遍即可获得93%的压实度。

4.3 增掺碎石改良

（1）在混合料中增掺10%、15%、20%、25%比例碎石，即土石质量比分别为5∶5、4.5∶5.5、4∶6、3.5∶6.5，碾压7遍，压实度与含水率、碾压遍数曲线关系如图7。

（2）试验结果：碎石掺比小于55%时，压实度在碾压6遍达到峰值，混合料为悬浮-密实结构；当碎石掺比大于55%时，混合料形成密实结构，随着碾压次数增加，碎石间紧密接触，由细颗粒黏土充填密实，土体强度和密实度显著提高，压实度在第6遍碾压后即可达到93%压实度。

4.4 改良方案选取

通过场地需求面积、天气影响、环境影响、质量控制、工期、成本六个方面对三种改良方案的对比，方案对比表如表2（查旭东等，2011；叶琼瑶和陶海燕，2007；孙向楠和薛伟，2005）。

由表2可知，综合确定增掺25%比例碎石做为首选方案。

表2 三种改良方案综合对比表

5 改良方案的边坡稳定性分析

原设计采用挖方红黏土掺拌40%碎石重量的参数建立力学模型进行计算，采用Slide软件进行稳定性计算和规范推荐的简化Bishop法进行计算评价，计算搜索的滑移面均未出现在加筋土边坡内部，加筋土坡体外侧搜索的滑移面计算所得稳定性系数最小值1.392，满足规范要求；原设计掺拌料经过进一步改良后，粘聚力和内摩擦角参数改良提高，力学模型搜索后，加筋土边坡稳定性系数提高，均处于稳定状态（蒋志琳等，2020；李双江等，2020）。

6 结论及讨论

在原方案基础上，通过多种改良方法试验，得到以下结论：

（1）采用翻晒工艺，日照充足下，含水率降低均率在1.46%/天，平均翻晒4天后掺拌40%碎石，可获得93%压实度，翻晒天数应按6天考虑。

（2）对混合料掺拌6%～10%水泥改良，掺拌达10%改良性突出，混合料含水率降低至14%左右，碾压6遍即可获得93%压实度。

（3）对混合料增掺10%～25%碎石改良，随着碎石掺比增大，有效降低细粒配比，改变混合料结构。掺拌碎石达到65%时，可较易获得较高密实度，碾压6遍可保证93%的压实度。

（4）应用人工填筑边坡高30m，属边坡规范要求特殊类、需采用动态设计。

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Study on the Improvement Method of High Liquid Limit Red Clay Used as Reinforcement Soil Filler for High Slope

ZHOU Ling ZHANG Min TAN Chao LIAO Zhong-lin

(Sichuan Geological Engineering Survey Institute Group Co., LTD., Chengdu 610072)

This paper take the reinforced soil high fill slope project of a large oil product station in Anning City, Yunnan Provinceas the research object, based on the rolling test of the original design scheme, the original scheme was optimized to improve the soil property. Based on the comprehensive comparative test and analysis of the improvement scheme, this paper forward a technical reliable, economic and effective, simple construction of the improvement scheme.The results provide technical reference for filling reinforced soil retaining wall with high liquid limit red clay, and reference for the implementation of such projects in the future.

high liquid limit red clay; reinforced soil slope; improvement; ted; mix; degree of compaction

P642.1

A

1006-0995（2022）04-0709-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.032

2021-11-17

周灵（1983— ），男，浙江江山人，高级工程师，研究方向：水文地质、环境地质和工程地质勘查和设计，岩土工程施工管理