摻機制砂高液限土力學性能試驗研究

周偉

（江蘇省蘇信工程咨詢有限公司，江蘇 南京211100）

隨著我國道路工程建設的發展，大部分地區道路網日漸完善，近年來，云南、貴州、廣西等地區道路建設力度依舊持續。貴州地區存在大量高液限土，而高液限土難以壓實，不適合作為路基填料，部分工程取土困難，因此如何能夠在保證道路質量的前提下，有效利用高液限土是一個重要的課題。曾建民[1]認為高液限土的壓實過程是將土中的水和空氣擠出，粗細土顆粒變得緊密，從而提高土的整體承載力。高液限土由于土粒偏細，含水率對其物理力學性能影響較大。姚忠等[2]研究發現，當高液限土的含水率超過最佳含水率時，保持壓實度不變，土的含水率越高，黏聚力越低。胡昕等[3]針對高液限土的含水率變化，對其力學性能進行試驗研究，初步得出了二者的相互關系。高液限土由于土粒偏細，難以壓實，同時含水率對其物理力學性能影響較大。砂石材料顆粒相對較粗，含水率對其物理力學性能影響較小。李方華等[4]將砂礫石摻入不同高液限土中，進行性能試驗，得出高液限土的最優砂礫石摻配比，為摻砂高液限土的工程應用提供了一定的理論基礎。但如今天然砂石資源緊張，貴州地區石材資源豐富，生產機制砂原材豐富，成本較低。若將一定比例的砂石摻入高液限土中，制成復合土，調整土體顆粒的粗細比例，改善高液限土的性能，使其能夠滿足工程質量要求，將具有十分重要的社會經濟效益。

1 原材料

1.1 高液限土。本文所用高液限土取自貴州某高速公路建設項目當地土體。通過土工試驗得到試驗用土的基本物理力學特性指標，見表1。

由表1 可知，試驗土的含水率較大，土樣A 的塑性指數為33.4%，土樣B 的塑性指數為24.5%，根據《土工試驗規程》，此試驗用土屬于高液限黏土。

1.2 機制砂。本文所用機制砂來自項目周邊制砂廠，該制砂廠采取三級破碎工藝，分別采用顎式破碎機、反擊式破碎機和沖擊式破碎機三種機械進行破碎，通過篩分、除塵得到可以使用的機制砂。本文所用機制砂粒徑范圍為5mm～35mm。機制砂的各項物理性能指標見表2。

表2 試驗用機制砂物理性能指標

2 摻機制砂高液限土力學性能試驗研究

摻入適量的機制砂，高液限土整體的粗細程度變粗，可以提高其整體強度。然而若機制砂的摻量過低，土體中的粗顆粒不足以形成骨架嵌擠結構，若機制砂的摻量過高，土體中細顆粒較少，土體密實度不足，強度降低。因此，本文選取機制砂摻量為0%、3%、6%、9%、12%、15%，通過研究摻機制砂高液限土物理力學性能，確定機制砂最佳摻量。

2.1 擊實試驗

對不同機制砂摻量的復合土進行擊實試驗，得到土體的最大干密度和最佳含水量，試驗結果見表3。

表3 不同機制砂摻量的高液限土的最大干密度和最佳含水量

由表3 可知，隨著機制砂摻量的提高，復合土的最大干密度不斷提高，最佳含水量不斷降低。

2.2 不同機制砂摻量對土體c、φ 值的影響研究

對不同機制砂摻量的高液限土分別進行直剪試驗，分析隨著機制砂摻量的改變，土體c、φ 值的變化規律，試驗結果見圖1。

圖1 不同機制砂摻量復合土的粘聚力和摩擦角變化趨勢圖

由圖1 可得，隨著機制砂摻量的不斷提高，復合土的粘聚力不斷降低，摩擦角不斷增大，且兩者變化趨勢近似呈線性。這是由于高液限土中摻入了砂石，而砂石顆粒較粗，無粘聚力，表面不規則且粗糙，土體內部的摩擦力增加，故隨著機制砂摻量的提高，復合土的摩擦角不斷增大，粘聚力不斷降低。

2.3 不同機制砂摻量對土體CBR 值的影響研究

通過CBR 試驗，對不同機制砂摻量的復合土承載力進行評價，通過比較分析不同機制砂摻量下，復合土CBR值的變化趨勢，得出高液限土的最佳機制砂摻量，試驗結果見圖2。

圖2 不同機制砂摻量復合土的CBR 值變化趨勢圖

由圖2 可知，隨著機制砂摻量的不斷提高，復合土的CBR值不斷增大。當機制砂摻量在3%～9%時，復合土的CBR 值增大幅度十分明顯，當機制砂摻量繼續提高時，復合土CBR 值增加幅度不明顯。因此可以得出，當摻入9%摻量的機制砂時，復合土承載力的提升最為高效，繼續提高機制砂摻量，效益不大，所以機制砂的最優摻量可選擇9%。

3 結論

3.1 機制砂的摻入提高高液限土的最大干密度，降低高液限土的最佳含水量，且隨著機制砂摻量的不斷提升，高液限土的最大干密度不斷增大，最佳含水量不斷降低。

3.2 機制砂的摻入降低了高液限土的粘聚力，增大其摩擦角，且隨著機制砂摻量的不斷提高，復合土的粘聚力不斷降低，摩擦角不斷增大。

3.3 機制砂的摻入能夠提高高液限土的CBR 值，且隨著機制砂摻量的不斷提高，復合土的CBR 值不斷增大。機制砂的最優摻量為9%。