淮江高速公路膨脹土填筑路堤的試驗(yàn)研究

1、淮江高速公路膨脹土填筑路堤的試驗(yàn)研究蔡 聲 佩【江蘇省高速公路建設(shè)指揮部南京210001】摘要：淮江高速公路是江蘇省“九五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，沿線分布有膨脹土，必須根據(jù)其特點(diǎn)，研究合理可行的解決辦法。本文通過(guò)對(duì)不同取土坑土樣試驗(yàn)、不同摻灰率壓實(shí)試樣試驗(yàn)和施工路段現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出了具體的處理措施和方案及填筑技術(shù)，對(duì)施工具有較好的指導(dǎo)作用，同時(shí)也將在實(shí)施過(guò)程中進(jìn)一步完善該項(xiàng)技術(shù)。關(guān)鍵詞：高速公路路堤膨脹土試驗(yàn)研究1前言淮江高速公路是國(guó)道主干線同江至三亞、北京至上海的共線段，也是江蘇省“九五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一。全長(zhǎng)153km，全線采用路基寬28m，雙向四車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)。在測(cè)設(shè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)沿線分布有膨脹土

2、。膨脹土中含有較多的粘粒及親水性較強(qiáng)的蒙脫石或伊利石等粘土礦物成分，是一種遇水膨脹、強(qiáng)度驟減、失水干縮、堅(jiān)硬而又常有收縮裂隙的高塑性粘土。用這種土來(lái)填筑路堤必須采取防護(hù)措施和填土改性，確保高速公路安全運(yùn)用。由于膨脹土的液限、塑限和塑性指數(shù)較大，壓縮性偏低，在天然含水率的情況下處于較堅(jiān)硬的狀態(tài)，所以易被工程技術(shù)人員忽視，但其對(duì)工程建設(shè)潛在著嚴(yán)重的破壞性，膨脹土路堤易產(chǎn)生溜坍、坍塌、滑坡等嚴(yán)重事故，還會(huì)產(chǎn)生收縮開(kāi)裂、膨脹、松散、剝落等病害，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，治理難度很大。世界上許多國(guó)家遇到過(guò)膨脹土的危害問(wèn)題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)由于膨脹土問(wèn)題造成的損失，是洪水、風(fēng)和地震所造成的損失總和的兩倍多。我國(guó)有幾條重

3、要鐵路、公路干線也遇到膨脹土引起的工程地質(zhì)問(wèn)題。目前處理膨脹土的方法主要是化學(xué)改性，如摻石灰、水泥、粉煤灰、氯化鈉、氯化鈣或磷酸等來(lái)穩(wěn)定膨脹土，其中加石灰是最普遍和最有效的方法，其摻灰量應(yīng)通過(guò)物理力學(xué)性質(zhì)、膨脹性、水穩(wěn)性等試驗(yàn)來(lái)選用最佳配比。因此必須根據(jù)淮江線膨脹土的特性，結(jié)合必要的試驗(yàn)，研究合理的處理方案以及在現(xiàn)場(chǎng)施工的適用性，提出填筑技術(shù)要求。2試驗(yàn)項(xiàng)目、方法及成果根據(jù)研究要解決的問(wèn)題，試驗(yàn)分成三大類(lèi)，分別為：(1)取土坑土樣試驗(yàn)，用以鑒別土樣的脹縮程度，包括液限、塑限、顆粒大小分析，自由膨脹率，粘土礦物成分分析(x射線衍射試驗(yàn)及差熱分析試驗(yàn))。二個(gè)典型土樣試驗(yàn)成果如表1所示?；唇咚俟?/p>

4、膨脹土取土坑土樣試驗(yàn)成果表表1土樣編號(hào)主要粘土礦物成分界限含水率顆粒分析自由膨脹率 Fs()膨脹土工程地質(zhì)分類(lèi)液限Wl()塑限Wp()塑性指數(shù)Ip0.250.075mm()0.0750.005mm()5um()2um()1蒙脫石伊利石55(73)2728262362774中等膨脹土2蒙脫石伊利石43(55)2023162372965弱膨脹土注：括號(hào)中液限數(shù)值是按照公路土工試驗(yàn)規(guī)程中的關(guān)系式計(jì)算的100g圓錐下沉20mm所測(cè)的液限。(2)不同摻灰率壓實(shí)試樣的脹縮性及力學(xué)性試驗(yàn)，用以比較不同石灰含量對(duì)消除膨脹土脹縮性、改良力學(xué)性質(zhì)的效果，包括重型擊實(shí)、膨脹力、無(wú)壓膨脹率、有壓膨脹率、線縮率、收縮界

5、限、收縮系數(shù)、壓縮系數(shù)等，試驗(yàn)成果如表2所示。摻灰率以生石灰質(zhì)量與干土質(zhì)量之比計(jì)算。膨脹土不同摻灰率壓實(shí)及脹縮性試驗(yàn)成果表2土樣編號(hào)石灰含量%齡期d重型擊實(shí)試驗(yàn)試驗(yàn)干密度pd(g/cm3)膨脹試驗(yàn)最大干密度Pdmax(g/cm3)最佳含水率Wop()自由膨脹率Fs膨脹力Pe(kPa)無(wú)壓膨脹率e()50kpa膨脹率ep50()收縮界限Ws()收縮系數(shù)Csl1011.8216.01.7174480252.99.20.44411.7716.01.66124.91.618.60.1771.7716.01.661.20.14-1.016、70.16281.7716.01.6600.02-0.1255.

6、60.07611.7416.01.665.11.810.2610.00.0971.7416.01.660.770.015-0.596.50.12281.7416.01.660-0.01-0.10811.7916.01.683.720.69-0.3210.00.0971.7916.01.681.240.05-0.296.00.11281.7916.01.6800-0.232011.8715.01.7665106.522.11.799.70.42611.8115.01.7013.66.390.6610.00.0971.8115.01.7000.21-0.177.00.06281.8115.01.7

7、000.09-0.1按公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，壓實(shí)脹縮總率不得超過(guò)0.7%，1號(hào)和2號(hào)土壓實(shí)試樣分別為2.9%和1.79%，摻石灰齡期7d以上都為負(fù)值，符合此項(xiàng)規(guī)定。(3)施工路段現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)，用以鑒別實(shí)際膨脹土路堤的壓實(shí)及改性效果，包括壓實(shí)密度、含水率、摻灰率以及上一類(lèi)所述的各種脹縮性試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。從施工現(xiàn)場(chǎng)選擇5個(gè)不同地點(diǎn)取樣，試驗(yàn)成果如表3所示。淮江線現(xiàn)場(chǎng)土樣脹縮性試驗(yàn)成果表表3取樣地點(diǎn)土樣編號(hào)壓實(shí)密度P(g/cm3)含水率W()壓實(shí)干密度Pd(g/cm3)膨脹力Pe(kpa)無(wú)壓膨脹率Se()收縮系數(shù)Csl試樣含水率W()收縮含水率Wm()50kpa膨脹率ep50(

8、)脹縮總率eps()K31+200左側(cè)1-21882221540161-4195222163222232-0.49-0.49K31+200右側(cè)1-119019715903151-3193197161197232-0.78-0.781-518819715701-61901971590K31+660路中2-1196199163045012-2200199167199172-1.01-0.742-3201199168226K36+600右側(cè)2-52022131672632-619621316201213172-1.20-0.792-7196213162867K36+630路中2-9200230163

9、0272-1018723015201230172-0.71-0.132-112032301652383結(jié)論與建議(1)試驗(yàn)路段的膨脹土按公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范的工程地質(zhì)分類(lèi)為中等膨脹土和弱膨脹土，其中弱膨脹土的自由膨脹率已接近中等膨脹土，都應(yīng)改性處理后方可填筑路堤。(2)對(duì)試驗(yàn)路段膨脹土以不同摻石灰率按最佳含水率和94%最大干密度壓實(shí)制樣的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，摻灰率4%以上，齡期7d以上其脹縮總率和無(wú)側(cè)限抗拉壓強(qiáng)度都已達(dá)到規(guī)范要求，膨脹力和無(wú)壓膨脹率都達(dá)到或接近0，壓縮模量增大到3倍以上，浸水飽和后摻石灰的效果更顯著。但現(xiàn)場(chǎng)施工土塊粉碎、石灰存放、拌和以及壓實(shí)后養(yǎng)護(hù)都達(dá)不到室內(nèi)試驗(yàn)的條件，根據(jù)規(guī)范規(guī)定

10、采用路拌法施工石灰劑量應(yīng)比室內(nèi)試驗(yàn)確定的劑量多1%，因此摻灰率按干土重計(jì)算可取5%。(3)根據(jù)含水率大于最佳含水率3%以不用摻灰率制樣試驗(yàn)，齡期7d以上脹縮總率和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度都達(dá)到規(guī)范要求。由于施工現(xiàn)場(chǎng)取土坑土料的天然含水率較高，降至最佳含水率的難度較大，根據(jù)路基施工技術(shù)規(guī)范可用接近最佳含水率的中等膨脹土填筑路堤，建議路堤碾壓可比最佳含水率大3%，但不宜再增大。(4)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)過(guò)的試樣試驗(yàn)，含水率大于最佳含水率3%7%。2號(hào)取土坑附近含水率比最佳含水率大5%7%，實(shí)測(cè)摻灰率3.4%，脹縮總率0.24%，雖不超過(guò)規(guī)范對(duì)路床要求的0.7%，但未達(dá)到“摻灰處理后的膨脹土脹縮總率接近零為佳”的要求，