高液限粘土填筑高速公路路基的研究
摘要 针对高液限粘土稳定性差的性质，添加各种外掺剂，研究其混合土料的强度变化规律．采用室内试验分析比较、技术经济指标筛选和试验路段检验的综合分析方法，确定了外掺剂类型和实用的工程配比．研究结果认为，在高液限粘土中掺入4%的石灰所形成的石灰稳定土，达到了实际工程要求．并取得良好的经济效果．
关键词 高液限粘土，石灰稳定土，强度，技术经济，高速公路路基
中图法分类号 U416.1
Experiment Research on Filling Super Highway Bedwith High Liquid Clay
Liu Chunyuan Dou Yuanming Rong Xian Liang Ruilin
Abstract To aim at the stabilized badly character of high liquid clay,the strength change laws of commix clay under mixture ratios were studied in this paper.The optimum engineering properties were determined by laboratory test-economic and technical norms-test section of highway.The result indicated that the lime-stabilized soil of high liquid clay filling 4% lime was appropriate.
Key words High liquid clay,Lime-stabilized soil,Strength,Economic and technical,Super highway bed
0 前言
在过湿路段对石灰类材料填筑路基的研究表明粘性土其相对含水量(W/Wl)、粘粒含量(﹤0.002mm)与石灰含量有一定的规律性[1，2]．一般认为适宜处理液限﹤50％、塑性指数IP﹤20％的亚粘土(或粘土)，并积累了相应的施工方法[3，4，6，7]．然而对高液限粘土(液限﹥50％、塑性指数IP﹥20％)其外掺剂的种类和配比的研究甚少，缺乏相应指导性的控制依据．再者我国沿海地区分布有大面积的高液限粘土，进一步完善外掺剂稳定土技术对该类地区公路建设具有显著的经济效益．鉴此研究高液限粘土石灰稳定土强度，探索最佳工程配比的控制条件是本研究的目的所在，其成果对高液限粘土的利用和处理均具有指导意义．
1 原土料及混合料组成
试验的土料采用天津宝坻高速公路备料场中的高液限粘土，其物理性质见表1．
表1 土的物理性质
土料含水量W(%) 天然含水量W(%) 液限Wl(%) 塑性指数IP(%) 稠度指标B 相对含水量W/Wl 回弹模量E0(MPa) 颗粒(mm)组成(%)
﹤0.07 ﹤0.05 ﹤0.009 ﹤0.0047﹤0.002
16.5 44.5 53.7 23.6 0.52 0.82 14.8 94.7 84.6 49 32.922.6
外掺材料采用：
（1）天津电厂的湿排灰，其化学组成见表2；
表2原材料的化学性质
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 烧失量
46.12% 32.23% 5.42% 3.26% 0.62% 0.20% 10.74%
（2）生石灰的质量为Ⅱ级，CaO含量为61.5%，A-CaO为78.15%；
（3）闷料时间为24小时．由重型击实试验得到最佳含水量为17%，最大干密度为1.82×103kg/m3．
试验用的混合土料分三种类型：砂土稳定土(土∶砂=70∶30、80∶20、90∶10)、石灰稳定土(土∶石灰=100∶2、100∶4、100∶6、100∶8、100∶10、100∶12)和粉煤灰稳定土(土∶粉煤灰=70∶30、80∶20、90∶10)．
2 稳定土的性质
2.1 砂土稳定土试验分析见表3．
表3 砂土稳定土试验分析表
液限Wl 塑限Wp 塑性指数IP 最优含水量W(%) 最大干密度rd(×103kg/m3)
原土料 57.4 33.8 23.6 17 1.82
土:砂90:10 50.8 28.9 21.8 16.7 1.8
土:砂80:20 50 30 20 16 1.82
土:砂70:30 37.7 23.5 14.2 15 1.9
由表3及图1可以看出随着掺入量的增加，塑性指数由21.8%降至14.2%，在土∶砂土=70∶30的配比稳定土中有明显的下降．由击实曲线可看出，其最大干密度由1.8×103kg/m3增至1.9×103kg/m3，最佳含水量由16.7%降至15%，接近土料的天然含水量，上述现象在颗粒分析中，细粒含量由原土料的94.73%降至47.65%，相应增加了粗粒成分．
2.2 石灰稳定土
其试验结果如表4．
表4 石灰稳定土试验分析表
液限Wl 塑限Wp 塑性指数IP 最优含水量W(%) 最大干密度rd(×103kg/m3)
原土料 57.4 33.8 23.6 17 1.82
土:石灰100:2 49 28.9 20.1 17 1.78
土:石灰100:4 48.5 29 19 16.9 1.76
土:石灰100:6 48 30 18 16.8 1.744
土:石灰100:8 48 31 17 16.7 1.74
土:石灰100:10 46 30 15.2 16.1 1.72
土:石灰100:12 45.6 30.8 14.8 15 1.71
随着掺灰量的增加液限随之降低，其塑性指数明显降低到20以下，在Ip变化曲线上，4%含灰量附近有一个明显的转折，其后为线性变化，在击实曲线上最佳含水量和最大干密度都随含灰量的增加而降低，同理表现在回弹模量曲线也有类似的变化．最大干密度基本为1.7×103kg/m3，而最佳含水量的波动变化较大．
2.3 粉煤灰稳定土
其试验结果如下
表5 粉煤灰稳定土试验分析表
液限Wl 塑限Wp 塑性指数IP 最优含水量W(%) 最大干密度rd(×103kg/m3)
土:粉煤灰90:10 48 27 21 18.7 1.67
土:粉煤灰80:20 47.5 26.5 21 18.3 1.58
土:粉煤灰70:30 48 26.5 21.5 17.8 1.48
随粉煤灰掺入量的增加，最佳含水量比原土料有所增加，塑性指数没有大的变化，仍大于20．最大干密度却随着掺入量的增加而降低，击实曲线反映出曲率变小，由1.67×103kg/m3降为1.48×103kg/m3．
2.4 分析
由上述试验成果可以看出以下特点：
（1）在原土料中加入砂土是通过粒径的级配达到降低粘性土塑性指数的目的， 从试验的成果来看，当掺入砂土的含量在20%以下时，其液限仍大于或等于50%，塑性指数大于20．在掺入砂土的含量为30%时，其液限和塑性指数才发生明显的降低．
（2）由于原土料中的粘粒含量(﹤0.002mm)为22.3%，加入石灰这种强碱性无机化合物外掺剂，通过酸碱性作用原理，土与石灰的拌合均发生不同程度的胶凝化学反应，不仅降低了粘粒的活性，而且使土体凝聚和硬化，并趋于稳定的土体结构．由结果可知在100∶4和100∶6配比下塑性指数﹤20，其回弹模量也达到工程要求250MPa以上．
（3）在原土料中加入粉煤灰的试验结果表明，随着掺入量的增加，最大干密度减小，而塑性指数IP没有多大的变化，击实曲线也变的平缓，土体的稳定性并没有得到实质性的改变．综上所述，土工试验的结果初步认为原土料加砂土70∶30和原土料加石灰100∶4、100∶6这三种方案可作试验段进一步论证．
3 试验路段研究
3.1 技术经济分析
根据室内试验的结果可以确定三个配比方案，考虑到公路路基在过湿地段的变形和破坏主要是由长期经受暴晒-降雨的反复作用引起强度降低．实用的工程配比决定以下两个方面的因素，一个是技术经济指标，另一个是饱水的无侧限抗压强度指标．
在37.128km长的路段内，路基土方总量为390万m3，三种方案的经济指标如表6，从表6可以看出100∶4和100∶6石灰土方案可行．
表6 三种方案的经济指标比较
原计划 砂土70:30方案 石灰土100:4方案 石灰土100:6方案
经费(万元) 9750 13845 10466 12324
3.2 试验路段
根据技术经济的可行性论证．决定采用 土∶石灰100∶4、100∶6和土∶石灰∶粉煤灰88∶2∶10三种配比进行改善路基土质的试验段施工，试验段总长400m，铺设厚度为20cm，结果如表7、表8：
表7 无侧限抗压强度表(7天浸水 MPa )
1 2 3 4 5 6 平均值 标准差 偏差系数%
土:石灰100:4 0.67 0.6 0.64 0.72 0.56 0.62 0.635 0.056 8.8
土:石灰100:6 1.04 1.15 1.06 1.16 1.19 0.93 1.08 0.097 9.0
表8 施工检测结果
检测项目 消解石灰段外掺4% 消解石灰段外掺6% 外掺石灰粉煤灰段
压实度 91% 91.3% 92.3%
厚度 20cm 21cm 22cm
7天抗压强度 0.635MPa 1.08MPa 试件浸水后松散
平整度 15 17 12
含块量 20% 15% 30%
外观情况 无松散现象外观平整密实 无松散现象外观平整光面 有土块存在
拌合遍数 4 4 8
碾压遍数 6 6 6
4 结论
根据以上土工试验和三个试验段的施工我们发现外掺4%或6%的石灰对路基土质的改善效果较好，施工中周期由原来的7～8天缩短到4～5天．加快施工进度，土的含块量明显减少，路基的压实度、平整度和外观均满足施工技术规范．考虑经济原因采用外掺4%消解石灰改善土质的效果较好，并能保证施工质量．
作者简介:刘春原,男,1957年生,副教授
作者单位:河北工业大学 土木工程系 天津 300132
参考文献
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