公路路基填筑高液限土水泥改良治理的試驗分析

支太發

（貴州橋梁建設集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

我國長江流域以南地區，分布大量的高液限土區域。受高液限土力學性能、水穩性能限制，其工程性質較差。穿越高液限土分布區域的公路工程，若采用高液限土填筑路基，需對土體進行改良，增強土體力學性能和水穩性能，保證路基施工質量。現階段，石灰改良、水泥改良、砂礫改良是高速公路高液限土改良的常用方法，具有較為優良的改良效果。某高速公路工程，擬定采用水泥改良方案對沿線高液限土進行改良。為保證改良效果，該文通過試驗研究的方法，對路基高液限土水泥改良治理方案展開研究，對后續同工況下同類項目施工具有借鑒意義[1-2]。

1 工程概況

某高速公路工程，沿線高液限土分布廣泛，因施工場地土體性質、沿線氣候環境等因素限制，無法采用翻曬除水方案。受工程成本、施工等因素限制，對全線高液限土進行換填處理難以實現。綜合考慮沿線土體性質、作業工況、工程成本等多種因素，擬定采用水泥改良高液限土方案。

2 試驗目的和方案

2.1 試驗目的

以該高速公路某標段高液限土為原料，通過試驗研究的方法，確定擬采用的水泥改良高液限土方案水泥最佳摻量，保證經改良后的土體滿足該標段線路及工程沿線線路路基填筑施工要求，確保工后路基沉降量符合相關規范要求[3]。

2.2 試驗方案

該次研究通過擊實試驗和無側限抗壓強度試驗對改良土體性能展開研究。基于控制變量的思想，以土體含水率、水泥摻量為控制變量，根據沿線土體含水率調查，確定該次研究所用的土體，含水率分別為12%、14%、16%、18%、20%。結合以往同類工程改良治理施工經驗及現有研究文獻，確定該次水泥改良方案，水泥摻量分別為4%、5%、6%。

（1）擊實試驗方案：1）以“干土法”制作含水率分別為12%、14%、16%、18%、20%的土體土樣各5 kg；2）將土樣打包燜36 h；3）在樣本中，分別摻入4%、5%、6%水泥，拌和均勻；4）拌和完畢后，立即開始擊實試驗，測定試件最佳含水率、最大干密度。

（2）無側限抗壓強度試驗方案：1）按上述土樣制備、燜制方法，制取最佳含水率土樣5 kg；2）向土樣中分別摻入4%、5%、6%的水泥；3）按壓實度96%、94%制作試件，在標準室內養護7 d；4）測定不同水泥摻量、不同壓實度的試件的基本參數；5）將試件浸入水中，水面沒過試件頂約2.5 cm，開始無側限抗壓強度試驗，測定不同摻量、不同壓實度下試件無側限抗壓強度指標。

3 試驗結果及分析

3.1 擊實試驗

擊實方法：根據沿線土體粒徑分布情況，擊實試驗方法采用重型擊實Ⅱ法，每層擊數98次，筒容積2 150 cm3。各土樣擊實試驗結果見圖1~3。各水泥摻量下，測得擊實后改良土的最佳含水率和最大干密度見表1。

表1 不同水泥摻量下土樣最佳含水率和最大干密度

圖1 摻4%水泥土樣含水率與干密度的關系

圖2 摻5%水泥土樣含水率與干密度的關系

圖3 摻6%水泥土樣含水率與干密度的關系

由表1可知：1）隨水泥摻量增加，改良土最佳含水率隨之增加；2）水泥摻量為5%時，改良土最大干密度出現最大值，為1.80 g/cm3。

3.2 無側限抗壓強度試驗

按照現行公路工程無機結合料穩定材料試驗規程，結合上述擊實試驗結果，采用靜壓法制作三種水泥摻量下，壓實度分別為94%、96%的直徑50 mm、高50 mm的改良土土體試塊進行無側限抗壓強度試驗[4-5]。

（1）水泥摻量為4%時，改良土中各成分構成比例為：水泥∶水∶土=1∶3.33∶25，試驗結果見表2。

表2 不同壓實度下摻4%水泥改良土的無側限抗壓強度

（2）水泥摻量為5%時，改良土中各成分構成比例為：水泥∶水∶土＝1∶2.91∶20，試驗結果見表3。

表3 不同壓實度下摻5%水泥改良土的無側限抗壓強度

（3）水泥摻量為6%時，改良土中各成分構成比例為：水泥∶水∶土＝1∶2.76∶16.67，試驗結果見表4。

表4 不同壓實度下摻6%水泥改良土的無側限抗壓強度

（4）試驗結果分析：1）各水泥摻量下，試件平均抗壓強度，均不小于0.8 MPa，滿足規范要求；2）水泥摻量為4%、5%時，試件浸水養護時，出現較為嚴重的質量損失，不符合規范要求，故判定抗壓強度值不符合施工要求；3）水泥摻量為6%時，試件平均抗壓強度為1.0 MPa，試件浸水養護損失質量符合規范要求，壓實度為94%時，可適用于94區路基填筑，壓實度為96%時，可適用于96區路基填筑。

4 試驗段工后沉降分析

為驗證該次試驗確定的水泥摻量為6%時的高液限土改良方案有效性，確定后續改良治理方案施工控制參數，選擇該工程K19+400~K20+600段進行改良試驗。該路段為路床位置，長200 m，寬12 m，厚0.8 m，水泥摻量為6%。該次以工后沉降量作為評價水泥改良方案治理效果的主要依據，沉降觀測點布設于試驗段中線、邊線位置，觀測改良后高液限土填筑路基沉降指標數據。中線1#、2#、3#測點與正常土質路基在各時段下累積沉降值對比見表5。

表5 摻量為6%時不同時間下累計沉降觀測結果

由表5可知：1）經改良后的土體，累積沉降量在60 d時達到最大值，60~80 d累積沉降量無變化，表明路基60 d后基本穩定；2）改良后土體在各時間段下，累積沉降量均小于正常土質路基，在工后80 d，最大累積沉降差值為6.9 mm，表明經水泥改良后的高液限土具有比正常土質更加優異的工程性能；3）經上述分析可知，該文提出的水泥摻量為6%時的高液限土改良方案具有較理想的高液限土改良效果，可滿足高液限土分布區域內的路基填筑施工要求。

5 結論

綜合上述，擊實試驗及無側限抗壓強度試驗，水泥摻量為4%、5%時，試件無側限抗壓強度測試值滿足規范需求，但浸水養護造成的質量損失超出規范需求，故抗壓強度不合格；試件水泥摻量為6%時，土體抗壓強度符合規范要求，此時土體最佳含水率為16.12%，最大干密度為1.80 g/cm3，壓實度為94%時，可滿足94區路基填筑要求，壓實度為96%時，可滿足96區路基填筑要求。

經試驗段施工驗證，改良土工后60 d，土體沉降基本穩定，累積沉降量明顯小于正常土質路基沉降值，表明水泥摻量為6%時，水泥改良方案可有效改善高液限土工程性能。