高液土的材料特性及在公路工程中的技術應用

林運欽

摘要：本文通過對高液土進行材料試驗，較為詳細地闡述了高液限土這種特殊土質的土力學特性。同時，結合在我市某一級公路新建工程路基填土中的應用情況，對其幾種常見的處治方法進行分析比較，以供各位業內同行共同參考借鑒。

關鍵詞：高液限土；土力學特性；處治方法

1 概述

一直以來，高液限土作為公路工程路基填料中的一種，由于其不良的土質特性，因此，在用作路基填料進行填筑時，一直都保持著慎用的態度。本人通過結合我市某一級公路新建工程局部路段使用高液限土填筑路基這一工程實例，對該類土質在用作本工程路基填料93區前采取的一些改良措施及處治方法進行一一概述，以讓我們更清楚、更深入地了解這一特殊土質，以消除普遍存在"談高色變"的模糊心理。由于該實例工程高液限土的應用數量大，分布范圍廣，因此，其處治方案在某種程度上也具有一定的代表性，對以后我們正確看待該種不良土質，積累正確的處治經驗，具有較大的指導意義。

2 高液限土的土質及土力學特性

2.1 土質特性

土是由固相、液相和氣相構成的三相體系。土的固相物質主要是無機礦物顆粒和有機質，它們構成土的骨架。而對于高液限土來說，由于土內粗粒組含量較少（<25%），顆粒零星分散，其骨架作用并不明顯。因此，高液限土的工程性質主要取決于土粒間的各種相互作用力，也即與土粒本身的結晶格架特征有關。高液限土通常含有大量的蒙脫石、伊利石等粘土礦物成分，這些成分和水分子發生相互作用時，其晶格活動性極大，甚至晶格層間可能完全分散，成為高度分散且橫向延伸極大的薄膜片狀粒子。因此，此類礦物成分具有較大的塑性（如蒙脫石的液限變化范圍可達到140~710%，塑限為50~100%；伊利石的液限為80~120%，塑限為45~60%。）及膨脹性，極易崩解，從而使高液限土也具有相似的工程性質。

土的液相是指土孔隙中存在的水，一般包括結合水和自由水（包括毛細水和重力水）。由于高液限土顆粒粒徑較小，因此，毛細水上升高度較大，但速度較慢；又由于其中含有的礦物成分（如蒙脫石）帶有較多的負電荷，親水性較強，造成土粒結合水膜厚度較大，而滲透系數較低。這表明高液限土中的水分在正常情況下不易逸出，并且土不易壓實。

2.2 土力學特性

高液限土的強度主要來源于粘聚力。高液限粉土干時稍具粘結性，但易被壓碎，浸水時則易成流體狀態，故其強度無論在干濕狀態下均較低；高液限粘土干時粘聚力很大，強度很高，但浸水時強度隨粘聚力降低較快。同時，無論是高液限粉土還是粘土，浸水后整體穩定性均較差。

總的來說，高液限土的土質及土力學特性表現為：透水性較差，干時堅硬不易挖掘，不易壓實，并具有較大的可塑性、粘結性和膨脹性，毛細現象也很顯著，浸水后能較長時間保持水分，因而承載力較小，穩定性較差。

3 高液限土的處治方法

鑒于上述高液限土的特性，若直接用于填筑路堤時會產生路基填土難以壓實、翻漿、邊坡坍塌等病害，因此規范規定該類土不宜作為路堤填料，如要使用，則須采取技術措施進行處治。

由于高液限土的不良工程性質主要是由其土粒形狀、大小、空間結構、礦物成分以及浸水后和水產生的相互作用引起的，因此可以通過改變這些特性來改良其工程性質。

3.1 包邊或包心處治方案。是本工程主要采用的處治方式。高液限土在合適的含水量下經充分壓實之后，只要不受到水浸，其整體強度、承載能力及穩定性基本上可以滿足路基設計的要求。

包邊方法是指在路基兩測用適宜土質分層（每3m一層）包裹的方法；包心方法是指在路基兩側包邊，路基底部采用50cm砂礫透水層，頂部50cm用摻灰改性土加以封閉的方式。通過包邊或包心，再加上在挖填結合部位挖臺階及加鋪土工格柵等輔助手段，以及合適的排水措施，使路基形成一個穩定的、具有相當強度的不受水浸破壞的整體，從而達到處治的目的。該方案屬于后期保護的一種措施，其最大特點是經濟環保，處治得當效果也較好，但其缺點也是顯著的：a、高液限土通常也具有較高的天然含水量，尤其是在經歷過雨季之后，其天然含水量可高達40~50%。由于高液限土保水性較好，要將這樣的土通過晾曬達到最佳含水量左右（要求±2%），通常需要3~7天時間，因此，工期會延長，從這一點看經濟效益并不理想；b、在施工過程中，如果遇到降雨，尚未封閉的路堤將會受水浸而破壞，若雨量較多受影響的可能會包括整個包邊（心）層；c、當層壓實完成之后，若晾曬時間較長，由于壓實層上部水分散失，容易干縮網裂，造成路基整體強度下降。

3.2 摻灰或水泥等固化材料處治方案。將一定的比例的石灰或水泥（建議石灰摻量5~7%，325#水泥摻量為2~4%）與土拌和均勻后，石灰中的Ca（OH）2或水泥中的熟料礦物與土中的水發生碳化或水化反應，一方面降低了土中的天然含水量，有利于土的壓實；另一方面其反應生成物有效地提高了土的強度和水穩性，使成型后的路基獲得較高的強度和較好的穩定性。在施工過程中，摻灰土可悶料24h，以使其反應更加充分徹底。若摻用水泥，則應盡量做到隨拌隨鋪、隨壓。該處治方案是上述三種方案中效果最好的一種。除造價較高外，和方案2一樣還有拌和困難、工效較低的缺點。

結束語

綜上所述，高液限土雖然由于其材料特性而被列為路基填料中的不良土質，但在在經過一些技術措施的處理改良后，它仍然可以用作我們路基的填料之一，規范里在對該種土質進行相關說明時，也只是建議我們慎用，并規定了它可以在路基中的某一些特殊部位進行使用，比如路基填土93區。因此，高液限土的應用問題，也其實不是一項高不可攀的技術難題，我們只有深術地掌握其材料特性，并針對它材料特性中的不足之處再對其進行"對癥下藥"，也是一樣可以放心使用的。

參考文獻

[1]《高液限土路基設計與施工技術》.王年香主編 中國水利水電出版社.2005-11-1.