摻加粉煤灰和砂礫聯合改良高液限黏土研究

唐鵬程

高液限黏土是指液限大于50%,塑性指數大于26的黏性土[1],湘南地區廣泛分布,是湘南地區路基施工中經常遇到的一類不良填土。這類黏性土具有明顯的塑性,對水特別敏感,且多具膨脹性。由于上述特點,這類黏土路基的固結性、滲透性差,達到固結穩定的時間長,且穩定性差,嚴重影響施工后路基質量[2,3]。

某二級公路全線挖方土2/3為高液限黏土,代表路段高液限黏土的天然含水量為35.5%,液限為57.6%,塑性指數為28.7,

最大干密度為1.52 g/cm3,最佳含水量為27.2%,CBR=7.8%。這表明該公路高液限黏土具有天然含水率高、液塑限高、收縮性大、可壓實性差的特點。調查資料表明,該區域高液限黏土廣泛分布,借用符合要求的路基填料需要遠距離調運,且挖方高液限黏土數量巨大,廢棄很不經濟。因此,如何改良高液限黏土是本工程的突出問題。

1 高液限黏土改良土

1.1 高液限黏土改良的試驗方案

針對該公路高液限黏土的特點,提出采用摻拌粉煤灰和砂礫聯合改良方法對其進行改良,目的是改善高液限黏土的物理力學性質和降低其收縮開裂性能。

路基填土采用該公路第2合同段挖方一般高液限黏土,采用砂為河砂,且為中粗砂,礫石為河卵石,規格為5 mm～20 mm。粉煤灰中SiO2,Al2O3,Fe2O3的總含量應大于70%,粉煤灰的燒失量不應超過20%,其比表面積宜大于2 500 cm2/g。

選取該公路第2合同段400 m長高液限黏土路段,路床面下超挖30 cm,粉煤灰、砂、礫石、土的比例分別為 5∶10∶20∶65 和5∶10∶25∶60設計試驗方案,每個試驗方案施工長度為200 m。首先將粉煤灰加入高液限黏土中并與土干拌均勻,再添加砂礫拌和均勻,再均勻攤鋪碾壓。在最高溫度37℃,相對濕度65%無降雨天氣條件下,持續風干48 h。之后觀察開裂情況,并進行了路床質量檢測。

表1 高液限改良土室內試驗結果

表2 現場試驗結果

1.2 改良效果評價

通過不同粉煤灰和砂礫摻配率下的高液限改良土的液塑限、CBR和重型擊實等室內試驗,試驗結果見表1。現場填料開裂試驗和施工質量檢測(壓實度和彎沉檢測)見表2。

通過對改良后高液限黏土室內及現場試驗結果分析可知,對于本工程挖方路段的高液限黏土經過粉煤灰和砂礫聯合改良后相同的壓實功下壓實度和彎沉值均有明顯提高,裂縫明顯減小,更有利于路基結構受力、減小沉降、增加穩定性,當粉煤灰、砂、礫石、土比例為5∶10∶25∶60時,檢測指標完全達到規范要求。高液限黏土添加粉煤灰和砂礫后,液限分別降低了26.3%和34.3%,塑性指數分別降低了25.7%和31.7%,最大干密度增加了13.1%和17.1%,CBR值分別提高了2.1倍和2.6倍。同時,現場試驗研究發現加適量的砂礫可以改善高液限黏土開裂特性。故比例為5∶10∶25∶60的改良土可作為二級公路上路床的填料。

這是由于粉煤灰的活性好,能與土發生強度較大的水解、水化、離子交換和團?；饔肹4],加之添加的碎石可以改善土的顆粒級配,提高土中粗顆粒的含量,進而改善土的物理、水理特性[5],同時也提高了土的CBR值。因此,通過人工摻砂礫和粉煤灰的辦法,可以有效地預防路基開裂,提高路基的板體性及整體強度。

2 高液限黏土改良土施工工藝

1)下承層處理。保證填筑下承層表面平整、堅實,平整度和壓實度符合規范要求。2)施工放樣?；謴椭芯€,每20 m設一樁,并在兩側路肩邊緣外設指示樁。3)備土。根據各路段改良土層的寬度、厚度及預定的干密度計算需要的干燥土的數量,根據料場土的含水量和所用運料車輛的噸位,計算每車料的堆放距離并畫出方格,堆料前應在土基上先灑水,使其表面濕潤,但不應過分潮濕而造成泥濘。土裝車時,應控制每車料的數量基本相等,卸料時應將土卸在方格中間。備料完后用平地機進行攤鋪并初平,如土的天然含水量偏大應進行晾曬,如含水量低則應灑水并進行燜料,一般宜燜料一晚。4)備粉煤灰。根據改良土層的厚度和預定的干密度及粉煤灰劑量,計算每平方米所需的粉煤灰用量,在初平好的土上用石灰畫方格線,按計算所需的粉煤灰質量將粉煤灰堆放在方格內,用平地機將粉煤灰初平。5)初拌。用寶馬機進行拌和,先干拌并檢測含水量,如含水量偏小應適當灑水,混合料的含水量宜高于最佳含水量的2%～3%。6)備砂礫。在已整平的土基上,用石灰畫格后用自卸車攤放砂礫,按規定的砂礫摻配率用平地機攤鋪一定厚度的砂礫。7)拌和及整形。用多鏵犁將鋪好的砂礫翻拌兩遍,但不翻犁到底。第一遍由路中心開始,機械慢速前進,將混合料向中間翻,第二遍從兩邊開始,將混合料向外側翻。然后再翻犁兩遍,此時翻犁到底,并隨時檢查調整翻犁的深度,使填料拌和充分、色澤一致。同時,隨層抽樣進行篩分試驗,檢查碎石含量。混合料拌和均勻后,立即用平地機整平和整形。8)碾壓。平整完成后即采用光輪壓路機碾壓,其碾壓原則為“先邊后中,先內后外,先靜后振”,相鄰輪跡重疊40 cm～50 cm,路基的兩側應多壓2遍～3遍。碾壓過程中,如有彈簧、松散、起皮等現象,應及時翻開重新拌和,并按要求進行壓實度檢測。

3 結語

高液限黏土具有天然含水率高、細粒含量大、液塑限高、壓實性差、收縮性大等不良工程性質,不能直接用作路床填料。采用摻拌粉煤灰和砂礫聯合改良方法對其改良后各項指標均有所改善,能有效減少細粒含量、降低收縮性能,并能提高土體強度和壓實密度,同時還可以改善高液限黏土的開裂特性,可作為二級公路的上路床填料。

[1] JTG D30-2004,公路路基設計規范[S].

[2] 楊 俊.高速公路高液限粘土路基的改良及其施工技術[J].公路,2008(8)：140-143.

[3] 陳 安.湘南高液限粘土路用填料改良研究[J].湖南科技大學學報(自然科學版),2008(9)：63-65.

[4] 曹沂海,陳 宏.改良后的高液限粘土在高速公路施工中的應用[J].鐵道工程學報,2006,98(8)：34-37.

[5] 劉 江,張榮堂,嚴東方.高液限粘土壓實性能的試驗[J].華僑大學學報(自然科學版),2007,28(3)：316-319.