公路路基填筑高液限土水泥改良治理的試驗分析

支太發(fā)

（貴州橋梁建設(shè)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(qū)，分布大量的高液限土區(qū)域。受高液限土力學性能、水穩(wěn)性能限制，其工程性質(zhì)較差。穿越高液限土分布區(qū)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(wěn)性能，保證路基施工質(zhì)量?，F(xiàn)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(yōu)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(xù)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(zhì)、沿線氣候環(huán)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(xiàn)。綜合考慮沿線土體性質(zhì)、作業(yè)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(jīng)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(guān)規(guī)范要求[3]。

2.2 試驗方案

該次研究通過擊實試驗和無側(cè)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(jù)沿線土體含水率調(diào)查，確定該次研究所用的土體，含水率分別為12%、14%、16%、18%、20%。結(jié)合以往同類工程改良治理施工經(jīng)驗及現(xiàn)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(cè)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(nèi)養(yǎng)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(shù)；5）將試件浸入水中，水面沒過試件頂約2.5 cm，開始無側(cè)限抗壓強度試驗，測定不同摻量、不同壓實度下試件無側(cè)限抗壓強度指標。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 擊實試驗

擊實方法：根據(jù)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(shù)98次，筒容積2 150 cm3。各土樣擊實試驗結(jié)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(guān)系

圖2 摻5%水泥土樣含水率與干密度的關(guān)系

圖3 摻6%水泥土樣含水率與干密度的關(guān)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(xiàn)最大值，為1.80 g/cm3。

3.2 無側(cè)限抗壓強度試驗

按照現(xiàn)行公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程，結(jié)合上述擊實試驗結(jié)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(cè)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(gòu)成比例為：水泥∶水∶土=1∶3.33∶25，試驗結(jié)果見表2。

表2 不同壓實度下?lián)?%水泥改良土的無側(cè)限抗壓強度

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

表3 不同壓實度下?lián)?%水泥改良土的無側(cè)限抗壓強度

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

表4 不同壓實度下?lián)?%水泥改良土的無側(cè)限抗壓強度

（4）試驗結(jié)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(guī)范要求；2）水泥摻量為4%、5%時，試件浸水養(yǎng)護時，出現(xiàn)較為嚴重的質(zhì)量損失，不符合規(guī)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(yǎng)護損失質(zhì)量符合規(guī)范要求，壓實度為94%時，可適用于94區(qū)路基填筑，壓實度為96%時，可適用于96區(qū)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(xù)改良治理方案施工控制參數(shù)，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(jù)，沉降觀測點布設(shè)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(shù)據(jù)。中線1#、2#、3#測點與正常土質(zhì)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(jié)果

由表5可知：1）經(jīng)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(wěn)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(zhì)路基，在工后80 d，最大累積沉降差值為6.9 mm，表明經(jīng)水泥改良后的高液限土具有比正常土質(zhì)更加優(yōu)異的工程性能；3）經(jīng)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(qū)域內(nèi)的路基填筑施工要求。

5 結(jié)論

綜合上述，擊實試驗及無側(cè)限抗壓強度試驗，水泥摻量為4%、5%時，試件無側(cè)限抗壓強度測試值滿足規(guī)范需求，但浸水養(yǎng)護造成的質(zhì)量損失超出規(guī)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(guī)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(qū)路基填筑要求，壓實度為96%時，可滿足96區(qū)路基填筑要求。

經(jīng)試驗段施工驗證，改良土工后60 d，土體沉降基本穩(wěn)定，累積沉降量明顯小于正常土質(zhì)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。