水泥穩(wěn)定粉砂土壓實(shí)機(jī)理初探

趙云峰

(鶴崗市蘿北縣太平溝鄉(xiāng)企)

1 引言

粉砂土作為路堤填料，具有天然含水率低，塑性小，水分散發(fā)快，不易碾壓成型的特點(diǎn)。經(jīng)對(duì)土源土質(zhì)進(jìn)行顆粒分析、塑限和塑性指數(shù)分析，認(rèn)定該土屬砂類土，準(zhǔn)確命名為含細(xì)粒土砂(塑性指數(shù)IP=10.71)，試驗(yàn)方案確定為石灰穩(wěn)定、水泥穩(wěn)定或水泥、固化土綜合穩(wěn)定。因此，該種砂經(jīng)試驗(yàn)確定用水泥∶固化劑∶粉砂土=3∶7∶90是最佳配比。本文著重介紹有關(guān)影響這種水泥穩(wěn)定粉砂土壓實(shí)度的因素。

2 影響水泥穩(wěn)定粉砂土壓實(shí)度的因素

2.1 砂的級(jí)配組成

砂的可壓實(shí)性與砂的級(jí)配組成有密切的關(guān)系。與粘土碎石相比，砂的可壓實(shí)性更差。這是因?yàn)椋惩恋膲簩?shí)是粘土的片狀顆粒重新定向而趨向一致化的結(jié)果;而碎石的壓實(shí)是小顆粒填充大顆?？障兜慕Y(jié)果。對(duì)于級(jí)配較好的松北地區(qū)粉砂土，由于顆粒趨于圓形，其大小相差也不大，因此壓實(shí)相對(duì)困難。另外，顆粒的大小也對(duì)壓實(shí)性有顯著的影響?？梢栽O(shè)想，在同樣力的作用下，大顆粒的砂礫不容易移動(dòng)，而小顆粒的砂卻容易移動(dòng)。這一方面是因?yàn)轭w粒越大，所需的搬動(dòng)力越大，內(nèi)摩阻力越大，移動(dòng)所受到的約束力就越大;另一方面是因?yàn)轭w粒越小，同重量的顆粒的接觸面越少(面接觸逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)接觸)，這也表現(xiàn)為摩擦力的降低。因此，比較理想的情況是，在細(xì)砂中加入一定量的較粗的碎石顆粒，一方面增加其內(nèi)摩阻力，另一方面也可以讓粗集料形成一定的骨架作用，使細(xì)砂的移動(dòng)受到更多的約束。

2.2 水泥穩(wěn)定粉砂土的最佳含水率與最大干密度

擊實(shí)試驗(yàn)表明:細(xì)粒粉砂土的含水率與干密度的擊實(shí)曲線比較平緩，說(shuō)明適宜壓實(shí)所需含水率的幅度較大。水泥穩(wěn)定粉砂土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，可得最佳含水率為12.7％，最大干密度為1.83g/cm3。

表1 粉砂土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

混合料的含水率對(duì)強(qiáng)度影響，試驗(yàn)表明施工中含水率應(yīng)控制在最佳合水量的115％，即最佳合水量增加2個(gè)百分點(diǎn)左右。其主要原因有以下幾方面。

(1)室內(nèi)試件成型擊實(shí)均在水泥初凝之前進(jìn)行，而室外試件碾壓時(shí)基本處于水泥初凝之后的終凝期。初凝期間試件流動(dòng)性大，易擊實(shí);而終凝期間試件流動(dòng)性小，需要加水才能保證其壓實(shí)性能。

(2)室內(nèi)試件采用重型擊實(shí)(甲法)，用4.5kg擊錘分5層擊實(shí)，每層27下，Φ10擊實(shí)筒，其體積為997cm3，這種擊實(shí)方法與路面的實(shí)際壓實(shí)功是否匹配，也即怎樣的壓實(shí)功對(duì)含水率為多少時(shí)達(dá)到最大干密度是有影響的，對(duì)最大干密度數(shù)值可能也略有影響。

(3)室內(nèi)擊實(shí)引起的水泥穩(wěn)定細(xì)砂的超靜孔隙水壓力比施工現(xiàn)場(chǎng)不易消散(試件體積小，側(cè)限壓力大，三向均無(wú)滲透)，因此相比之下，室內(nèi)試件只有含水率較小時(shí)，超靜孔隙水壓力小，才易擊實(shí);而室外試件的最佳含水率相對(duì)就高些。

2.3 壓實(shí)功能及壓實(shí)方法對(duì)壓實(shí)效果的影響

粉砂土在施工過(guò)程中除了含水率對(duì)壓實(shí)的效果有較大影響外，壓實(shí)功能對(duì)壓實(shí)效果也有很大影響。試驗(yàn)表明:同一種土密度越高，施工中在保證含水率在最佳含水率附近的情況下，如何提高壓實(shí)功能便成為一關(guān)鍵問(wèn)題。選定水泥∶固化劑∶粉砂土=3∶7∶90，采用振動(dòng)成型工藝，在不同含水率情況下的強(qiáng)度比較情況見(jiàn)表2。

表2 采用振動(dòng)成型含水率強(qiáng)度比較

選定水泥∶固化劑∶粉砂土=3∶7∶90，采用靜壓成型工藝，在不同含水率情況下的強(qiáng)度比較情況見(jiàn)表3。

表3 采用靜電成型含水率強(qiáng)度比較

這說(shuō)明該種水泥穩(wěn)定粉砂土的碾壓采用靜碾壓效果更好。細(xì)粒粉砂土用作路堤材料只要采用一定的技術(shù)措施，不但在技術(shù)上是可行的，而且有時(shí)非常經(jīng)濟(jì)，只要選擇適當(dāng)?shù)膲郝窓C(jī)具和施工方法，不但施工方便、進(jìn)度快，還很容易達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。

3 結(jié)論

(1)級(jí)配好的砂不容易壓實(shí)，可加碎石或粘土予以調(diào)整。

(2)水泥砂的室內(nèi)外含水率存在約2％～3％的差距，調(diào)整室外含水率時(shí)不能機(jī)械地依據(jù)室內(nèi)數(shù)據(jù)。而應(yīng)重視經(jīng)驗(yàn)與表觀情況。

(3)該種水泥穩(wěn)定粉砂土的碾壓采用靜碾壓效果更好。

[1] 公路土工試驗(yàn)規(guī)程(JTJ051-93)[M].北京:人民交通出版社，1993.

[2] 沙慶林.高等級(jí)公路半剛性基層[M].北京:人民交通出版社，1998.

[3] 高大釗.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)[M].北京:人民交通出版社，2004.