公路路基水敏性軟巖改良土路用性能研究

熊源

摘要 文章以某公路工程為背景，對(duì)公路的水敏性軟巖開(kāi)展承載比和回彈模量試驗(yàn)。研究表明，當(dāng)含水率較低時(shí)，擊實(shí)功的增加能顯著提升改良填料的壓實(shí)度和CBR值，隨著含水量的增加影響逐漸削弱。并且改良填料石灰摻入比例的提升可以提高改良填料所對(duì)應(yīng)的最佳含水率。當(dāng)填料含水率相同時(shí)，提升改良填料的壓實(shí)度能提升其回彈模量，且含水率對(duì)改良填料的影響隨著其壓實(shí)度的提升而越小。該工程水敏性軟巖最合理的摻灰率為6%。

關(guān)鍵詞 公路;水敏性軟巖;CBR;回彈模量

中圖分類號(hào) U457.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0166-03

0 引言

經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展帶動(dòng)了基礎(chǔ)工程的快速發(fā)展，公路因其特有的優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用。水敏性軟巖具有抗風(fēng)化能力差、遇水會(huì)有泥化現(xiàn)象的特點(diǎn)，導(dǎo)致其強(qiáng)度顯著降低。因此，公路使用水敏性軟巖土進(jìn)行填筑易造成邊坡失穩(wěn)、公路不均勻沉降等問(wèn)題。因此，公路高填方路基水敏性軟巖改良土的研究逐漸成為研究熱點(diǎn)之一。

針對(duì)水敏性軟巖的性能問(wèn)題，眾多學(xué)者開(kāi)展了一系列的研究，并取得了顯著的成果。吳銘芳和范紅葉等[1-2]基于某試驗(yàn)儀器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段分析軟巖的基本物理特性、礦物組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，獲得了軟巖軟化的微觀機(jī)制，并且進(jìn)一步研究了浸水作用下軟巖的物理特性。研究表明軟巖在浸水后，其強(qiáng)度迅速降低隨后緩慢減小直至趨于穩(wěn)定。劉赟君等[3]以某公路所使用的軟巖路基填料為背景，通過(guò)試驗(yàn)分析了軟巖的擊實(shí)性能、顆粒級(jí)配以及崩解特性等，系統(tǒng)研究了相關(guān)敏感參數(shù)對(duì)使用軟巖作為路基填料的公路路基的穩(wěn)定性影響。王志杰等[4]利用三軸試驗(yàn)儀器，試驗(yàn)分析在干濕循環(huán)條件下，不同動(dòng)荷載作用下泥巖的性能變化，分析了荷載幅值、荷載頻率和孔隙等因素對(duì)泥巖路基的穩(wěn)定性影響。

該文以某公路工程為背景，對(duì)公路的水敏性軟巖開(kāi)展承載比和回彈模量試驗(yàn)，研究了不同條件對(duì)摻灰率、含水率等的影響。

1 工程概況

項(xiàng)目位于我國(guó)東部，連接了東部某城市和一較大的海港。港區(qū)經(jīng)濟(jì)與沿海商貿(mào)、旅游發(fā)展迅速。項(xiàng)目建成后將成為該城市通往全國(guó)的重要疏港公路，將進(jìn)一步促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有舉足輕重的作用。項(xiàng)目路線里程長(zhǎng)190.016 km，路線走廊總體呈東北向西南走向。該標(biāo)段起訖樁號(hào)為K45+000～K80+000，長(zhǎng)35 km。

2 試驗(yàn)方案

將該公路的水敏性軟巖在烘箱中進(jìn)行烘干并碾壓，然后將碾碎的土料倒在圓孔篩上，并用振動(dòng)儀振動(dòng)篩選。將篩選出的土料加入水制成不同含水率的試件，并在重型擊實(shí)儀中分別以35次、55次、95次的擊實(shí)數(shù)進(jìn)行擊實(shí)。

2.1 承載比特性試驗(yàn)

將試件置于多孔板上，并放置一張濾紙，同時(shí)固定試件筒和底板;倒置試件筒并放上頂板，同時(shí)加荷載塊;安裝測(cè)量裝置以測(cè)量浸水膨脹，記下初始讀數(shù);緩慢注水直至水面超過(guò)試樣頂面2.5 cm，靜置3天后記下最終讀數(shù);將試樣取出靜置25 min，隨后開(kāi)展貫入試驗(yàn)。

將試件置于強(qiáng)度測(cè)量器上，慢慢提升使得試件剛好接觸貫入桿;將顯示變形和力的計(jì)數(shù)表清零，并在貫入桿上施加荷載;以1.2 mm/min的速率下壓;每隔20 s讀出測(cè)力表讀數(shù)為貫入量，當(dāng)貫入量為10 mm時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。

按照式（1）和（2）計(jì)算承載比。貫入量為2.5 mm的承載比記為CBR2.5（%），貫入量為5 mm的承載比記為CBR5（%），p為單位壓力（kPa），7 000為貫入量為2.5 mm的標(biāo)準(zhǔn)壓力，10 500為貫入量為5 mm的標(biāo)準(zhǔn)壓力。

CBR=100p/7 000 （1）

CBR=100p/10 500 （2）

2.2 回彈模量試驗(yàn)

將試件放在材料強(qiáng)度儀上，并完全接觸貫入桿;預(yù)壓力設(shè)為最大值，分兩次下壓，每次1 min，百分表清零。

將壓力分為6級(jí)，逐級(jí)加載，每級(jí)加載時(shí)長(zhǎng)1 min，且記下每級(jí)加載完的讀數(shù);同樣分6級(jí)卸載，每級(jí)卸載時(shí)長(zhǎng)1 min，且記下每級(jí)卸載完的讀數(shù)?；貜椖Ａ繛槊考?jí)加載卸載后百分表讀數(shù)的差值。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 承載比特性研究

依據(jù)不同填料的摻灰率和含水率，計(jì)算其中石灰、水和土的重量，制作成不同比例的水敏性軟巖石灰改良填料。圖1依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果給出了不同擊實(shí)數(shù)下改良填料的CBR隨含水率變化的曲線，并對(duì)比了不同摻灰率的工況（擊實(shí)數(shù)為35、55、95，摻灰率分別為2%、4%、6%、8%）。圖2給出了CBR峰值隨石灰摻灰率的變化曲線。

從圖1中可以看出，在任意擊實(shí)數(shù)和任意含水率下不同摻灰率的石灰改良填料的CBR值均大于規(guī)范規(guī)定的8%的限制要求，可見(jiàn)，石灰的摻入能有效改良水敏性軟巖填料的CBR值。改良填料CBR的變化規(guī)律相似：當(dāng)擊實(shí)數(shù)相同時(shí)，改良填料CBR值隨著含水率先增大，當(dāng)含水率達(dá)到某一定值時(shí)，CBR值達(dá)到峰值，隨著含水率的進(jìn)一步增加，CBR值迅速減小。這說(shuō)明路基填筑施工中，合理提升填料含水率，可以減少浸水后路基填料的吸水能力，從而減少因浸水導(dǎo)致的強(qiáng)度降低。但含水率不能過(guò)高，因?yàn)檫^(guò)大的提升含水率會(huì)造成CBR值減小。

從圖2中可以看出，改良填料在98擊下的 CBR峰值隨著石灰摻灰率先迅速增大，隨后增速下降并趨于穩(wěn)定。改良填料石灰摻入率為2%、4%、6%、8%條件下，對(duì)應(yīng)的CBR峰值分別為53.3%、68.9%、87.6%、91.6%?；谏鲜鲈囼?yàn)結(jié)果可知，石灰能有效改良該路基填料的CBR，最合理的摻灰率為6%。

3.2 回彈模量研究

在不同的含水率條件下，將四種不同摻灰率的石灰改良填料分別制成壓實(shí)度為93%、95%、97%的試件，對(duì)其開(kāi)展回填模量試驗(yàn)。圖3依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制了不同壓實(shí)度試件的回彈模量隨含水率的變化曲線，并對(duì)比了四種摻灰率石灰改良填料工況。從圖中可以看出，提升改良填料的壓實(shí)度會(huì)減小土顆粒間孔隙，使得填料更加密實(shí)，從而提升改良填料抵抗變形的能力。因此，當(dāng)填料含水率相同時(shí)，提升改良填料的壓實(shí)度能提升其回彈模量。

分析改良填料摻灰率為6%的工況，當(dāng)改良填料的壓實(shí)度為93%時(shí)，初始含水率對(duì)應(yīng)的回彈模量為160 kPa，最高含水率對(duì)應(yīng)的回彈模量為127 kPa，較初始含水率降低了20.6%;當(dāng)改良填料的壓實(shí)度為95%時(shí)，初始含水率對(duì)應(yīng)的回彈模量為168 kPa，最高含水率對(duì)應(yīng)的回彈模量為141 kPa，較初始含水率降低了16.1%;當(dāng)改良填料的壓實(shí)度為97%時(shí)，初始含水率對(duì)應(yīng)的回彈模量為176 kPa，最高含水率對(duì)應(yīng)的回彈模量為157 kPa，較初始含水率降低了10.8%?？梢?jiàn)，含水率對(duì)改良填料的影響隨著壓實(shí)度的提升而越小。這表明不僅石灰改良填料的強(qiáng)度顯著提升，其水穩(wěn)定性也顯著提升。

根據(jù)圖3結(jié)果繪制不同壓實(shí)度改良填料初始含水率所對(duì)應(yīng)的回彈模量隨摻灰率的變化曲線，見(jiàn)圖4。如圖所示，回彈模量隨改良填料摻灰率的提升先增大后減小，在摻灰率為6%時(shí)，回彈模量達(dá)到峰值?？梢钥闯鍪夷苡行Ц牧悸坊盍系幕貜椖Ａ浚詈侠淼膿交衣释瑯訛?%。

4 結(jié)論

（1）當(dāng)含水率較低時(shí)，擊實(shí)功的增加能顯著提升改良填料的壓實(shí)度和CBR值，隨著含水量的增加，這種影響逐漸削弱。并且改良填料石灰摻入比例的提升可以提高改良填料所對(duì)應(yīng)的最佳含水率。

（2）當(dāng)填料含水率相同時(shí)，提升改良填料的壓實(shí)度能提升其回彈模量。且含水率對(duì)改良填料的影響隨著其壓實(shí)度的提升而越小。

（3）該工程水敏性軟巖最合理的摻灰率為6%，能最有效地改良該路基填料的CBR值和回彈模量。

參考文獻(xiàn)

[1]吳銘芳. 公路隧道常見(jiàn)滲漏水病害及治理方案研究[J]. 珠江水運(yùn)， 2016（24）： 66-67.

[2]范紅葉. 公路隧道襯砌開(kāi)裂的整治[J]. 裝飾裝修天地， 2016（14）： 159.

[3]劉赟君， 謝蒙均， 黃丹， 等. 季節(jié)性暴雨后某公路隧道病害及整治[J]. 隧道建設(shè)， 2015（5）： 484-490.

[4]王志杰， 徐海巖， 周平， 等. 公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)病害整治技術(shù)研究[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 2017（10）： 125-132.