路基用回填土土質改良方法的對比研究

文/賀文彪 湖南省第四工程有限公司 湖南長沙 410119

1、引言

路基建筑時，采用施工現場的回填土可以降低施工成本，由于回填土中的含水率較高，特別是在濕度較大的地區。含水率較大的回填土使路基存在強度失穩、結構變形等隱患和問題，土體很難被壓實，其抗剪強度減小，當路面車輛多次通行后，會由于土體自身以及車輛的載荷使路基不均勻沉降，降低了道路的使用時限[1]。因此對于路基用回填土的土質需要進行改良。

擊實改良法是通過增大擊實功使土壤中顆粒之間的空隙壓縮，顆粒發生重排，進而排出空氣，達到提高土壤密實度的目的。石灰改良法采用生石灰作為原料，早期回填土顆粒會在生石灰的作用下凝結，回填土塑性降低，消水效果良好，后期由于生石灰與土中的水發生各種物理化學反應，使得回填土的顯微結構發生變化，進而提高了回填土的強度和穩定性[2]。

本文對比分析了兩種改良法對路基用回填土干密度和三軸剪切強度的影響，并對兩種方法的改良效果進行了對比。

2、實驗方法

本文選用干密度和三軸剪切強度作為指標進行改良效果分析。干密度的測量首先需要稱取一定量的原土，研磨過篩后在鼓風干燥箱中120℃干燥48h后得到干土；之后按照一定含水量配置土樣，當需要含水量為ω的土樣時，稱取m0g干土，用噴壺在干土中噴灑m0·ωg的水，之后攪拌均勻，在擊實實驗結束后，按照式1計算干密度：

式1中ρd為干密度，ρ0為濕密度(即濕土質量/濕土體積)，ω為含水率。

三軸剪切強度的檢測過程為：首先取原土烘干后研磨過篩，使用制樣器，采用五層制樣法，每層擊實后再進行下層制樣；將土樣放入無水氣缸中抽真空4h，之后注入清水并維持一定的氣壓，待樣品完全浸沒于水中后停止抽氣，放置12h使土樣飽和，之后采用GDS應力路徑三軸儀進行三軸剪切強度測試。

3、擊實改良法和石灰改良法對回填土土質改良效果的影響分析

3.1 擊實改良法和石灰改良法對回填土干密度的影響

路基用回填土的最大干密度隨擊實功的變化。土壤試樣的含水量為15%，采用5層擊實法，每層的擊實次數為20次、28次、35次、43次、52次和60次時，對應的擊實功分別為1998kJ/m3、2512 kJ/m3、3163 kJ/m3、3624 kJ/m3、4209 kJ/m3和4779 kJ/m3。隨著擊實功的增加，路基用回填土的干密度逐漸增加。增大擊實功可以擠壓土壤中的水分和空氣，土壤間的空隙逐漸減小，因此干密度會增大。但當干密度增大到一定程度后干密度增加緩慢，說明回填土壓實到一定程度后，擊實法對回填土壤的改良效果逐漸降低。

石灰改良法中石灰含量對土壤干密度的影響。土壤含水量為15%。試樣制備時首先將回填土試樣進行悶料，24h后加入不同的石灰含量均勻攪拌，制備相應的土樣進行測試，隨著石灰含量的增加，試樣的最大干密度下降，這是由于石灰含量增加，加入的石灰與土壤中的水分發生相應的物理化學反應，生成了密度較小的物質，隨著石灰含量的增多，這種反應隨之加劇，生成的小密度物質也越來越多，因此密度發生了下降。

3.2 擊實改良法和石灰改良法對回填土三軸剪切強度的影響

研究擊實改良法對路基用回填土三軸剪切強度的影響時，首先制備不同含水率的試樣，分別為15%和20%，試樣分為五層，逐層擊實，按照95%的壓實度稱取每層土樣，每層的擊實次數分別選擇30次、35次、40次，對應于不同的擊實功。對應條件下制備標準三軸試樣進行實驗，得到試樣偏應力(kPa)和軸向應變之間的關系，取試樣的最大偏應力(即最大三軸剪切強度)，列于表1，從表中可以看出，擊實功 (對應于擊實次數)一定時，試樣含水率越小其抗剪強度越大；當含水率一定時，抗剪強度隨著擊實功的增大而增大，但擊實功增大到一定程度后，試樣的抗剪強度增大效果不明顯。

表1 采用擊實改良法得到的路基用回填土的剪切強度(kPa)

研究石灰改良法對回填土剪切強度的影響時，分別制備不同石灰含量的試樣，石灰含量分別為2%，4%和6%，每一含量下選擇不同的含水率，分別為15%，20%和25%，壓實度均為95%，每層擊實次數均為40次，得到樣品軸向應變和偏應力之間的關系，取偏應力峰值得到改良后回填土的剪切強度，如表2所示，從表2中可以看出，當同一石灰含量下，含水率越小試樣的剪切強度越大，當含水率降至15%時，剪切強度最大；當含水率一定時，石灰含量增加，樣品的剪切強度增大。總的來說，石灰改良法對路基用回填土三軸剪切強度的影響與石灰含量和含水率有關，石灰含量越多，含水率越小，樣品的剪切強度越大。此外，與擊實法改良效果相比，相同含水量和擊實次數條件下，試樣的剪切強度得到了明顯的提高。即使當含水率為25%時，石灰含量為6%的試樣其剪切強度接近擊實法改良的最佳剪切強度。說明石灰法適用于潮濕環境下路基用回填土的改良。

表2 采用石灰改良法得到的路基用回填土的剪切強度

結論：

綜上所述，采用擊實改良法可以提高回填土的干密度，同時，含水率越低，擊實功越大，回填土的剪切強度越大，但擊實功不斷增大時，回填土土質的改良效果逐漸變差，擊實改良法的性價比下降；采用石灰改良法，隨著石灰含量增大土體干密度由于新物質的生成密度降低，但剪切強度即使在高含水率條件下依然有所增強，這種方法適用于回填土具有較大濕度時的路基施工。