淮江高速公路膨胀土填筑路堤的试验研究

1淮江高速公路膨胀土填筑路堤的试验研究摘要：淮江高速公路是江苏省“九五”重点建设项目，沿线分布有膨胀土，必须根据其特点，研究合理可行的解决办法。本文通过对不同取土坑土样试验、不同掺灰率压实试样试验和施工路段现场试验，提出了具体的处理措施和方案及填筑技术，对施工具有较好的指导作用，同时也将在实施过程中进一步完善该项技术。关键词：高速公路路堤膨胀土试验研究1前言淮江高速公路是国道主干线同江至三亚、北京至上海的共线段，也是江苏省“九五”重点建设项目之一。全长153km，全线采用路基宽28m，双向四车道高速公路标准。在测设过程中，发现沿线分布有膨胀土。膨胀土中含有较多的粘粒及亲水性较强的蒙脱石或伊利石等粘土矿物成分，是一种遇水膨胀、强度骤减、失水干缩、坚硬而又常有收缩裂隙的高塑性粘土。用这种土来填筑路堤必须采取防护措施和填土改性，确保高速公路安全运用。由于膨胀土的液限、塑限和塑性指数较大，压缩性偏低，在天然含水率的情况下处于较坚硬的状态，所以易被工程技术人员忽视，但其对工程建设潜在着严重的破坏性，膨胀土路堤易产生溜坍、坍塌、滑坡等严重事故，还会2产生收缩开裂、膨胀、松散、剥落等病害，一旦出现问题，治理难度很大。世界上许多国家遇到过膨胀土的危害问题，据统计，在美国由于膨胀土问题造成的损失，是洪水、风和地震所造成的损失总和的两倍多。我国有几条重要铁路、公路干线也遇到膨胀土引起的工程地质问题。目前处理膨胀土的方法主要是化学改性，如掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化钠、氯化钙或磷酸等来稳定膨胀土，其中加石灰是最普遍和最有效的方法，其掺灰量应通过物理力学性质、膨胀性、水稳性等试验来选用最佳配比。因此必须根据淮江线膨胀土的特性，结合必要的试验，研究合理的处理方案以及在现场施工的适用性，提出填筑技术要求。2试验项目、方法及成果根据研究要解决的问题，试验分成三大类，分别为：(1)取土坑土样试验，用以鉴别土样的胀缩程度，包括液限、塑限、颗粒大小分析，自由膨胀率，粘土矿物成分分析(x射线衍射试验及差热分析试验)。二个典型土样试验成果如表1所示。淮江高速公路膨胀土取土坑土样试验成果表表1土样编号主要粘土3矿物成分界限含水率颗粒分析自由膨胀率Fs(％)膨胀土工程地质分类液限Wl(％)塑限Wp(％)塑性4指数Ip0.25～0.075mm(％)0.075～0.005mm(％)＜55um(％)＜2um(％)1蒙脱石伊利石55(73)2728262362774中等膨胀土2蒙脱石伊利石43(55)2023162372965弱膨胀土注：括号中液限数值是按照《公路土工试验规程》中的关系式计算的100g圆锥下沉20mm所测的液限。(2)不同掺灰率压实试样的胀缩性及力学性试验，用以比较不同石灰6含量对消除膨胀土胀缩性、改良力学性质的效果，包括重型击实、膨胀力、无压膨胀率、有压膨胀率、线缩率、收缩界限、收缩系数、压缩系数等，试验成果如表2所示。掺灰率以生石灰质量与干土质量之比计算。膨胀土不同掺灰率压实及胀缩性试验成果表2土样编号石灰含量%龄7期d重型击实试验试验干密度pd(g/cm38)膨胀试验最大干密度Pdmax(g/cm3)最佳含水率9Wop(％)自由膨胀率Fs％膨胀力Pe10(kPa)无压膨胀率δe(％)50kpa膨胀11率ep50(％)收缩界限Ws(％)收缩系数12Csl1011.8216.01.7174480252.99.20.44411.7716.01.66124.91.618.60.1771.7716.01.661.20.14-1.016、70.16281.7716.01.6600.02-0.1255.60.07611.7416.01.665.11.810.2610.00.0971.7416.01.660.770.015-0.596.50.12281.7416.01.660-0.01-0.10811.7916.01.683.720.69-0.3210.00.0971.7916.01.681.240.05-0.296.00.11281.7916.01.6800-0.232011.8715.01.7665106.522.11.799.70.42611.8115.01.7013.66.390.6610.00.0971.8115.01.7000.21-0.177.00.06281.8115.01.7000.09-0.1按《公路路基设计规范》规定，压实胀缩总率不得超过0.7%，1号和2号土压实试样分别为2.9%和1.79%，掺石灰龄期7d以上都为负值，符合此项规定。(3)施工路段现场取样试验，用以鉴别实际膨胀土路堤的压实及改性效果，包括压实密度、含水率、掺灰率以及上一类所述的各种胀缩性试验、压缩试验和无侧限抗压强度试验。从施工现场选择5个不同地点取样，试验成果如表3所示。淮江线现场土样胀缩性试验成果表表3取样地点土样编号压实密度13P(g/cm3)含水率W(％)压实干密度Pd(g/cm3)膨胀力Pe(kpa)无压14膨胀率Se(％)收缩系数Csl试样含水率W(％)收缩含水率Wm(％)50kpa15膨胀率ep50(％)胀缩总率eps(％)K31+200左侧1-21．8822．21．540．161-41．9522．21．6322．223．2-0.49-0.49K31+200右侧1-11．9019．71．590．3151-31．9319．71．6119．723．2-0.78-0.781-51．8819．71．5701-61．9019．71．590K31+66016路中2-11．9619．91．630．450．12-22．0019．91．6719．917．2-1.01-0.742-32．0119．91．6822．6K36+600右侧2-52．0221．31．672．632-61．9621．31．620．121．317．2-1.20-0.792-71．9621．31．628．67K36+630路中2-92．0023．01．630．272-101．8723．01．520．123．017．2-0.71-0.132-112．0323．01．6523．83结论与建议(1)试验路段的膨胀土按公路路基设计规范的工程地质分类为中等膨胀土和弱膨胀土，其中弱膨胀土的自由膨胀率已接近中等膨胀土，都应改性处理后方可填筑路堤。(2)对试验路段膨胀土以不同掺石灰率按最佳含水率和94%最大干密度压实制样的室内试验结果表明，掺灰率4%以上，龄期7d以上其胀缩总率和无侧限抗拉压强度都已达到规范要求，膨胀力和无压膨胀率都达到或接近0，压缩模量增大到3倍以上，浸水饱和后掺石灰的效果更显著。但现场施工土块粉碎、石灰存放、拌和以及压实后养护都达不到室内试验的条件，根据规范规定采用路拌法施工石灰剂量应比室内试验确定的剂量多1%，因此掺灰率按干土重计算可取5%。(3)根据含水率大于最佳含水率3%以不用掺灰率制样试验，龄期7d以上胀缩总率和无侧限抗压强度都达到规范要求。由于施工现场取土坑土料的天17然含水率较高，降至最佳含水率的难度较大，根据路基施工技术规范可用接近最佳含水率的中等膨胀土填筑路堤，建议路堤碾压可比最佳含水率大3%，但不宜再增大。(4)根据施工现场压实过的试样试验，含水率大于最佳含水率3%～7%。2号取土坑附近含水率比最佳含水率大5%～7%，实测掺灰率3.4%，胀缩总率0.24%，虽不超过规范对路床要求的0.7%，但未达到“掺灰处理后的膨胀土胀缩总率接近零为佳”的要求，其膨胀力达66kpa，50kpa压力下浸水后仍发生膨胀。因为含水率过高，掺灰率不足，可能引发填土收缩变形造成的危害，对此应予重视。(5)淮江高速公路目前尚未全面开工，本次试验仅限于先导试验段，代表性不够，随着工程的大规模展开，今后将继续跟踪试验，为膨胀土填筑路堤改性处理提供更完善的实验依据，同时将不断改进填筑技术。