過濕土路基填料高速公路中應用試驗

楊海泉 吳永紅

1 概述

為了能夠保護環境，節省投資，使過濕土能成為路基填料應用于高速公路施工中，因此以過濕土為研究對象，用不同劑量的磨細生石灰粉和水泥作外摻劑進行大量的室內對比試驗，對過濕土進行改良是較佳的選擇。

2 過濕土處治研究試驗

2.1 素土試驗及外摻劑配合比方案

取有代表性過濕土試樣做有關素土的土工試驗，同時為了確定該土適合哪一種外摻劑以及配合比的多少，我們對磨細生石灰粉采用 3%，4%，5%，6%的配合比例;水泥采用 2%，3%，4%的配合比例進行對比試驗。

2.1.1 含水量變化情況

在對生石灰粉和水泥兩種外摻劑進行處理試驗過程中，根據情況，分別測定經處理后的過濕土的含水量在不同時刻的變化值(見表 1，表 2)。

表1 摻生石灰粉后土樣含水量變化與對比統計表 %

表2 摻水泥后土樣含水量變化與對比統計表 %

通過表1，表2的分析，可以得出以下結論:

1)在過濕土中加入一定量的外摻劑后，其含水量均發生了變化，但不同外摻劑和不同配合比，對過濕土中的含水量改變的作用大小不同。

2)根據表1中變化情況可知，在一定時間內，當外摻劑配合比不大時，過濕土中含水量減少，隨著外摻劑含量的增多而增多，但當外摻劑增加到一定量時，隨著外摻劑配合比的增大，過濕土中含水量變化不明顯，且逐漸趨于平衡。試驗中5%的生石灰粉和6%的生石灰粉其含水量變化的情況基本相同。

3)根據表2變化情況可知，當配合比一定時，加入外摻劑后，在較短時間內，過濕土中含水量急劇下降，但一定時間后，含水量的變化逐漸減少，最后趨于穩定。其含水量變化大致可分為突變、漸變和穩定三個過程。其中，各界限的時間點與外摻劑的配合比大小的關系不大，主要與外摻劑有關。

4)從表1，表2中可知，在較短時間內，水泥外摻劑比生石灰粉外摻劑對過濕土的含水量變化較快，但隨著時間的增加，兩者對過濕土中含水量的變化相差不大。因此，就降低過濕土中含水量來說，兩種外摻劑相差不大。

2.1.2 稠度變化情況

我們同時還測定了經過生石灰粉和水泥兩種外摻劑的不同配合比處理后的過濕土的液限和塑限值(見表3)。

表3 外摻劑處理后界限含水量匯總表

綜合以上分析可以得出以下結論:

1)在過濕土中加入外摻劑后，土的稠度發生變化，總體趨勢為液限、塑限上升，塑性指數下降，但其規律性不強。這說明，在相同的含水量情況下，經外摻劑處理后的過濕土更易壓實。

2)從表3中可知，當采用較小配合比的外摻劑時，過濕土的液、塑限呈上升趨勢，當配合比增加到一定量時，其液、塑限隨配合比的增大而逐漸下降，但其規律性不明顯。從生石灰粉的變化曲線來看，當采用5%的配合比時，過濕土的液、塑限最小。

3)從表3中可知，過濕土的塑性指數的變化隨外摻劑配合比的增加而逐漸下降，但當配合比增加到一定量時，塑性指數又逐漸回升。從生石灰粉的變化曲線上可以看出，當采用5%的生石灰粉時，過濕土的塑性指數最低。

4)把經過兩種外摻劑處理后的過濕土的液限、塑限指數與《公路路基設計規范》作比較，則發現，就過濕土的液限來說，雖然兩者均超出規范要求，但用生石灰粉處理的過濕土更接近規范要求，而從塑性指數來看，除采用3%的生石灰粉和2%的水泥超出規范外其余均符合規范中的要求。

2.2 經外摻劑處理后過濕土的擊實性和CBR值變化

對生石灰粉和水泥兩種不同外摻劑的各種配合比所處理的過濕土進行室內標準擊實試驗和CBR值試驗。

通過分析可以得出以下結論:

1)通過配合比的外摻劑處理后，過濕土的最大干密度均發生變化。經生石灰粉處理后的過濕土，其最大干密度隨配合比的增加逐漸降低;而經水泥處理后的過濕土，其最大干密度則隨著配合比的增加而漸增。

2)經外摻劑處理后，過濕土的最佳含水量隨配合比的增加而逐漸增加，但生石灰粉增加的量比水泥稍大。

3)從最大干密度和最佳含水量兩者的變化情況分析，在相同的擊實功作用下，用水泥作為外摻劑處理的過濕土，需較小的最佳含水量的情況下，獲得較大的干密度;而用生石灰粉作外摻劑時，則需要較大的最佳含水量，獲得較小的增大干密度。這說明用水泥作為外摻劑處理的過濕土比用生石灰粉作為外摻劑處理的過濕土易于壓實。

4)外摻劑對過濕土的CBR值的改變明顯，其變化趨勢為隨外摻劑配合比的增加而增大，且加入外摻劑的CBR值均符合規范中的要求。比較兩種外摻劑的效果，水泥的改變比生石灰粉改變稍大一些。

2.3 外摻劑的經濟性評價

為了便于分析，我們僅對袋裝磨細生石灰粉(MgO+CaO含量75%以上的Ⅱ級灰)和325號普通硅酸鹽水泥進行比較分析，同時由于采用某種外摻劑，其機械設備、臺班費、人工費、攪拌費等均相同，因此，我們僅對兩種外摻劑的成本費用進行分析評價。

1)外摻劑單價(產地價含運費)。a.磨細生石灰粉(Ⅱ級):200元/t。b.425號普通硅酸鹽水泥:360元/t。

2)處理過濕土的外摻劑用量我們按生石灰粉采用6%的配合比，325號水泥采用4%的配合比計，過濕土密度按1.68 g/cm3計算。

3)每處理1 m3的過濕土所需的成本費用為:a.200×1.68×6%=20.16元。b.365×1.68×4%=24.53元。

4)根據計算，A9標段路基施工路段長度為2.45 km，其中必須進行改良土的路基填方為7.05萬m3，這樣計算全段分別采用兩種外摻劑的成本費用為:

a.生石灰粉:20.16×7.05=142.12萬元。

b.水泥:24.53×7.05=172.94萬元。

根據以上的經濟成本分析，用生石灰粉對過濕土進行處理比采用水泥對過濕土進行處理要經濟一些。

2.4 外摻劑的選擇

通過對生石灰粉和水泥的性質分析可知，采用生石灰粉作外摻劑比采用水泥作外摻劑更易于操作。而且根據處理高液限和其他不良特性土的經驗表明，水泥對于含水量過高，塑性指數Ip≥20，土的顆粒較細，黏土礦物成分較高的黏性土，其處理效果比生石灰粉要差。因此，采用生石灰粉作外摻劑比采用水泥作外摻劑來處理過濕土更科學、經濟、合理以及易于操作等。

2.5 配合比的選擇

選擇好了合理的外摻劑后，則需要進一步確定對過濕土進行處理的外摻劑配合比。下面根據試驗結果列表綜合分析各配合比的各項物理指標(見表4)。

表4 不同配合比試驗分析綜合統計表

從表4中可以看出，除3%的配合比達不到有關規范要求外，其余各項配合比均基本能滿足規范中的要求，同時比較各項配合比的試驗結果，從理論上來說采用5%的生石灰粉外摻劑既最能滿足規范中的要求，又比較經濟。但在實際施工過程中，如果考慮到生石灰的質量和施工過程中的材料消耗等問題，則可以加大外摻劑的劑量，采用6%配合比。

3 結語

通過利用生石灰粉作為外摻劑，對過濕土進行一定改良后，在不僅解決了過濕土路段取土困難的同時，保證了項目的順利建設，提高了工程質量，減少了取土對區域環境的影響和施工便道的維護、運輸對環境的污染，同時還創造了一定的經濟效益和社會效益。

[1] JTG E40-2007，公路土工試驗規程[S].

[2] JTG D30-2004，公路路基設計規范[S].

[3] JTG F10-2006，公路路基施工技術規范[S].