石灰改良盐渍土在高速公路路基中的试验分析

高红霞

（河北平山县交通运输局公路工程队，河北平山 050400）

0 引言

我国盐渍土占地面积大、分布广泛，类型较多，对工程建设存在不同程度的影响[1]。当盐渍土中的可溶性盐遇水溶解后，会引起盐渍土的物理力学性能发生明显变化，在很大程度上这种改变会降低抗压强度。同时外界环境因素对盐渍土的强度也有着很大的影响。因此，不能仅凭某个单一条件确定盐渍土的物理力学性能指标对盐渍土体的强度和工程特性的影响。

盐渍土土体的液限值和塑限值随含盐量增加而明显降低，随含水率的降低而明显上升，这时的土体可能会表现为塑性或者液性，导致盐渍土体的强度普遍低于一般土体。在干燥的环境条件下，盐渍土体的强度往往偏高，承载力也要高于周围普通土体。因此，盐渍土的强度会随环境条件的改变而发生变化，强度呈现波动性变化，引起每个剪切面承受的应力不同，最终造成盐渍土地基上的建筑物发生不均匀沉降，导致土样产生裂纹面[2]。盐渍土中的盐分会随环境温度和湿度的变化不断溶解软化，导致土壤发生膨胀，从根本上破坏了土体的稳定性，继而直接影响后期工程质量。

有学者通过试验得出盐渍土改良前后的强度会随改良剂的掺量发生变化，并对不同的改良方法提出了评价和建议。也有学者以石灰和水泥为固化剂，研究了养护龄期对改良土效果的影响。此外，还有学者通过电石灰等材料对改良土的物理力学性能进行了大量研究。柳艳华等[3]研究了石灰改良滨海盐渍土的物理力学性质及其影响因素。张登武等[4]利用水泥、石灰、粉煤灰对新建兰新铁路沿线盐渍土进行改良试验，得到了掺入各种改良剂的改良土物理、力学性能变化及其对工程的影响。王朝辉等[5]对西宁南绕城高速公路沿线盐渍土分别掺入砂砾和石灰，进行物理和化学改良，通过室内土工试验，得到了砂砾、石灰的质量配比。

本文研究对象为某高速公路路基盐渍土，以石灰作为试验改良剂，研究其路基性能和物理力学性能，为后期工程建设中地基的稳定性提供试验依据。

1 盐渍土试样与试验方案

1.1 盐渍土试样性质

取某高速公路路基盐渍土样若干份，如图1所示。通过界限含水率试验，采用搓条法测定盐渍土土样的稠度指标（塑限、液限等）。通过轻型击实试验分析盐渍土天然含水量和干密度之间的关系，并以此判断土样最大干密度和最佳含水量的关系，试验结果如表1所示。

图1 盐渍土样

表1 盐渍土物理力学性质

1.2 试验方案

选用不同掺量的石灰作为盐渍土改良剂，将其掺量值定为2%、4%、6%、8%、10%、12%，然后对不同石灰掺量下的改良土依次进行轻型击实试验、直剪试验、无侧限抗压强度试验，最后测定其物理力学性能。

1.2.1 轻型击实试验

轻型击实试验是将击锤按一定高度和一定锤击次数对试样进行锤击做功，然后根据不同掺量下的石灰，确定土样干密度和含水率关系以及最大干密度和最优含水率之间的关系。

首先，将试验土样自然风干或烘干处理，接着碾碎风干后的试样，将碾碎后的土样放在孔径不小于5mm筛子过滤筛选。从中选取25kg筛后试样，并将试样平均分成5等分，然后测定筛后土样的天然含水率。再将土样倒入击实筒内，分3层击实。第一层锤击36下，二、三层各锤击37下，最终得出总击实功为2 657.69kJ/m3。

1.2.2 直剪试验

直剪试验是为了确定土样在承受不同荷载情况下，剪切面的形态变化情况。抗剪强度由抗剪参数——内摩擦角µ和黏聚力c之间的关系确定。在不固结不排水的条件下对盐渍土试样进行剪切，试验采用应变控制方式测定剪切位移，继而得到剪应力和剪切位移之间的关系。再运用库仑定律，计算出土的抗剪强度参数，最后得出随石灰掺量的不同，土样黏聚力和内摩擦角的变化情况。

1.2.3 无侧限抗压强度

无侧限抗压强度试验是测定黏性土的不排水抗剪强度。将土样在无侧向限制的情况下施加垂直向下的荷载，此时的破坏包线几乎为一条直线。然后通过掺加不同掺量的石灰，测定轴向应力和轴向应变之间的关系以及抗压强度和破坏应变之间的关系，从而得出两条折线的交点，即为无侧限抗压强度。

2 试验结果

2.1 轻型击实试验

轻型击实试验目的是通过对不同含水量的土样展开锤击，测定相应的干容重，获得最大干密度和最佳含水量，从而确定土的压实性能，指导后期施工参考。图2为不同石灰掺量下，土样干密度和含水量之间的关系。图3反映不同石灰掺量下，土样最大干密度与最佳含水量之间关系的影响。

图2 不同石灰掺量的盐渍土干密度与含水量关系

图3 不同石灰掺量盐渍最大土干密度与最佳含水量

由图2可知，土样干密度随石灰掺量的增加而降低，土样干密度随含水量的增加，呈现先增大后减少的趋势。此时，每条曲线都出现一个峰值，此值即为对应土样的最佳含水量。由图3可知，加入石灰后，最大干密度值均小于未加入石灰时的值，而最大干密度跟石灰掺量的大小成反比；最佳含水量跟石灰掺量的大小成正比关系，并且掺加石灰后的最佳含水率均高于未掺加石灰时的最佳含水率。石灰掺量达到一定值时，两条折线相交，交点坐标值即为土样的最佳含水量和最大干密度。试验结果说明，在较大的含水率范围内，加入石灰可以达到工程要求的压实度。

2.2 直剪试验

直剪试验的目的是测定石灰改良盐渍土的抗剪强度，通过施加垂直压力作用，得出不同石灰掺量下改良土样的剪切应力与剪切位移的关系，从而得到盐渍土改良土样的抗剪强度。

根据直剪试验数据，得出如图4所示的抗剪参数关系。由图可得，当内摩擦角µ一定时，黏聚力随石灰掺量的增大而增大，同时掺入石灰的黏聚力均大于未加入石灰时的黏聚力，说明改良剂的掺入能直接提高土的黏聚力；当黏聚力c一定时，内摩擦角µ随石灰掺量的增加而缓慢下降；当石灰掺量一定时，黏聚力斜率为正并逐渐增大，内摩擦曲线斜降低，掺量达4%～6%之间时出现交点，此交点即为极限抗剪强度。

图4 不同石灰掺量下盐渍土的黏聚力与内摩擦角变化

2.3 无侧限抗压强度试验

无侧限抗压强度试验是在土样不受侧向力作用时，以只施加垂直压力的方式来测定不同石灰掺量下的压实性，确定在无侧限压缩状态下改良土的应力-应变曲线和石灰掺量的关系。

如图5为应力-应变曲线，从图中可分析，当轴向应变ε不变时，轴向应力σ随石灰掺量的增加呈先增大后减少趋势，石灰掺量为8%时达到最大值；当轴向应力σ一定时，轴向应变随石灰掺量的增大而减少，此时出现明显的脆性破坏；当石灰掺量为8%时，极限应力达到最大值。通常情况下，无侧限试验测定大致可分为5个阶段：第一阶段为孔隙压密阶段；第二阶段为弹性变形阶段，此阶段的应力-应变曲线为近似直线；第三阶段为非线性弹性变形阶段，此阶段应力较应变增长缓慢；第四阶段为塑性屈服阶段，当在非弹性变形阶段继续施加荷载时，试样表面会出现微裂纹，随着荷载加大，裂纹面也会扩张，而当施加荷载达到极限时，破坏应力达到峰值，此时的土样将被破坏；第五阶段为破坏后阶段，当继续施加荷载时，此时破坏应力开始急速下降，斜率变为负值。

未掺加石灰盐渍土的应力-应变曲线中破坏应力相对较小，破坏应变较大，这阶段的破坏形式主要表现为塑性破坏；当在土样中加入石灰后，改良土应力-应变曲线变陡，破坏应力会随掺量变大，破坏应变变小，主要表现为脆性破坏。

图5 不同石灰掺量改良土的应力-应变曲线

由图6可知，未加入石灰时，其抗压强度为133.15kPa；当加入石灰后，呈现波形曲线关系。其中当石灰掺量为8%时，改良土的无侧限抗压强度达到波峰，所对应的无侧限抗压强度最大值为315.81kPa。由此得出结论：土样中加入石灰改良后，土样的屈服强度会有一定幅度的提高。

由图7可知，土样未掺入石灰时的破坏应变最大值为5.8%；当掺入石灰后，改良土破坏应变呈现先减小后增大再减小的不规律性变化；当石灰掺量为8%时，对应破坏应变达到峰值，为5.25%。

图6 不同石灰掺量改良土的无侧限抗压强度

图7 不同石灰掺量改良土的破坏应变

土样破坏有剪切破坏和劈裂破坏，两种破坏模式均会导致土样表面出现裂纹。抗压强度较低的试样破坏时其形态易发生显著变化，如试件底部出现小裂缝、中间部位膨胀鼓起、破裂面倾角平缓等；而抗压强度较高的试样，破坏模式通常为劈裂破坏，土样整体破坏，形成上下贯穿的裂缝，表面微细裂纹较多。

3 结论

本文在不同石灰掺量条件下，对改良盐渍土分别进行重型击实试验、直剪试验、无侧限抗压强度试验，通过曲线、图表分析，对其物理力学性能进行研究，得到以下结论：

（1）改良剂的掺加会降低土样的最大干密度，改良剂掺量越大，最大干密度越小；相反，改良剂的加入会提高土样最佳含水率，且改良剂掺量越大，含水率越高。

（2）当内摩擦角µ一定时，黏聚力随石灰掺量的增大而增大，同时掺入石灰的黏聚力值均大于未加入石灰时的黏聚力；当黏聚力c一定时，内摩擦角µ随石灰掺量的增加而缓慢下降，改良剂的掺入能直接提高土的黏聚力。

（3）轴向应力σ随石灰掺量的增加呈先增大后减少趋势，石灰掺量为8%时达到最大值；轴向应变随石灰掺量的增加而减少，土样破坏应力随石灰的掺入明显增大，而破坏应变减小，此时出现明显的脆性破坏；当石灰掺量为8%时，极限应力达到最大值。

（4）综合直剪试验和无侧限抗压试验结果，路基盐渍土改良的最优石灰掺量为8%。