路基工程中粉质粘土的石灰加固技术研究

路基工程中粉质粘土的石灰加固技术研究

路通

北京城建道桥建设集团有限公司    100022

摘要：

文章以路基工程粉质黏土的石灰加固技术为研究对象，首先分析讨论了关于路基工程中粉质粘土的石灰加固技术应用存在的空白问题，随后结合相应的问题，结合试验分析进行了解答，希望能够为相关研究提供一定参考。

关键词：路基工程; 粉质黏土; 石灰加固技术;

引言：

以粉质黏土为代表的低稳定性路基土体,其固结状态较常规土体有着很大的差距。一般来说,此类土体的液限较低,并且其膨胀性很强,往往处于疏松状态,压实度较低,其性质决定了粉质黏土不能直接作为高速公路的路基土体材料。而通过石灰加固技术,可以有效改良其土体状态。

有关粉质黏土的探索,国内专家学者已有了一定的研究成果。廉杨针对粉质黏土在高速公路上的改良和应用做出了一系列对比试验,比较了几类改良剂的效果,得出了最佳改良剂的选择建议。崔宏环等人针对河北省某地的粉质黏土进行了分析,开展了动力学三轴试验并引入有限元分析,对导致粉质黏土路基发生沉降的原因进行了量化,得到了丰富的成果。邹大建为了改良粉质黏土路基的物理和力学性能,选用竹筋作为新型加固材料,得到了具有较好粉质黏土改良效果的竹筋加筋土技术,为有关工程应用提供了一定的经验。此外,针对粉质黏土处置及其影响方面的研究还有很多。

业内针对路面低稳定性粉质黏土路基的处治已经已经有了一定了经验,有关专家对其处治措施也有着各种各样的见解。但在以下问题上仍存在着部分空白需要填充:(1)粉质黏土路基发生冻胀病害的机理及具体成分分析;(2)不同的石灰掺配比例对低稳定性路基中的粉质黏土加固效果影响规律;(3)低稳定性路基中,不同比例石灰的掺加对粉质黏土施工含水率上限范围的影响效果;(4)粉质黏土的土体颗粒比重受不同掺量石灰的影响规律等等。

1.路基工程中粉质粘土石灰加固技术的研究分析

1.1土样颗粒及冻胀机理分析

粉质黏土的颗粒级配指的是其中不同粒组质量所占的百分比。该指标对季冻区低稳定性路基土体具有重要的意义。如果路基土体的颗粒过于细小,其吸收水分的能力就会越强。当温度达到零摄氏度以下,粉质黏土发生冻胀病害的可能性相较于一般土体将会大大上升。

拟合的击实曲线 

取粉质黏土土样50.0g,检查其风干状态,确认其完全风干后,将其过2mm土样筛,筛取后,取其中30.0g备用。将土样置于烧瓶中,并同时用量筒量取200mL蒸馏水置于瓶中,浸泡12小时。随后粉质黏土样本在经过六偏磷酸钠分散、电炉煮沸、冷却静置、注入量筒、玻璃棒研磨沉淀土、加水搅拌后静置、注入量筒等多个步骤,并且针对某些步骤重复进行,最终达到量筒的上方悬液澄清的效果后方可结束。在经过后续处理后,依照相关的规程整理出有关测定结果,其具体数据见表。

粉质黏土的粒径分布情况

当粉质黏土中颗粒较小(粉粒土体)的占比较大时,该土体形成的低稳定性路基发生冻胀的可能性最大。将其发生冻胀的可能性与土体颗粒联合起来考虑。可以明显地发现,粉质黏土颗粒中0.005mm～0.075mm粒径范围内的土体发生冻胀的几率最高。而上述试验中表明,粉质黏土样本中0.005mm～0.075mm粒径范围内的土体颗粒比例高达56.74%,极易导致路基发生冻胀的病害。

1.2土样成分及其加固机理分析

低稳定性路基土体的物成分和化学成分可以对路基的水稳定性、冻融稳定性包括路基土体强度产生非常明显的影响。因此本文分别采用X射线衍射仪和X射线荧光光谱仪对粉质黏土土样的矿物成分和化学成分进行了系统的分析,其具体分析结果分别见表。

粉质黏土的矿物成分分析情况

可见粉质黏土土样中的硅和铝两种化学元素占比较大,判断如果采用石灰将会对粉质黏土进行加固能促进水化硅铝酸钙以及硅酸钙等胶凝性物质的合成,可有效提升粉质黏土低稳定性路基的强度。

粉质黏土的化学成分分析情况

1.3加固土体的界限含水率测定试验分析

在本次开展的试验中，采用百分比为4,6,8,10的石灰掺比，取1kg粉质黏土土样，要求土样已经风干，然后在筛孔直径为0.5mm土样筛的帮助下，做好土壤样品的进一步筛取，然后均分为四份并向其中掺入上述比例的改良用石灰。针对每份改良后土样，平均分成3份，每份质量相同，然后将其置于小型密闭塑料袋中，采用量筒，量取一定体积的蒸馏水，倒入塑料袋之中，然后进行静置，静置时间控制在24h，取100g土体试锥，采用SYS数显液塑限测定仪，完成界限含水率测量工作。在获得测试结果后，采用数据点形式，完成坐标系的建立，其中纵坐标是土体试锥锥入深度，横坐标是粉质黏土样本在经过改良后，自身所具备的含水率。然后绘制出液限点a,b,c，其中b比a稍大一些，c点处于ab中间状态，连线ab与ac。随后在规程图的帮助下，查得hp，针对纵坐标，应取锥入深度hp的对数值，在这一过程中，需要找出两条直线对应的一对含水率对数值，并计算出其含水率及差值，如果差值小于2%，可取中间值，并连接液限点形成新的直线;反之则说明实验不准确，需要重新进行试验。

在本试验中，四组含水率间差值均小于2%，满足相应规范要求。从最终结果来看，石灰掺加比例与塑限变化呈正比，石灰掺加比例越高，塑限越高，但对于粉质粘土的液限基本没有影响，上下浮动在0.8%以内。而对于改良后粉质黏土的塑性指数而言，由于对黏土的液限影响比较小，因此在实际进行变化规律判断分析需要分析在石灰改良后，受黏土塑限的变化影响，所呈现的下降趋势。

1.4加固黏土击实试验测定试验分析

在本次试验中，掺了石灰粉质黏土样本在具体掺量比例方面与上述实验样本相同，并且同样需要保证其有着良好的风干状态，然后在筛孔直径为0.5mm土样筛的帮助下，做好土壤样品的进一步筛取，在本次试验中，需要制备五份样本，同时还要与对应预设的不同用水量的水进行混合。在此基础上，在开展压实测试前，还需要做好样本的静置处理，静置时间应控制在12h，然后即可以采用干土击实法，完成击实试验操作。在此之后，需要建立击实坐标系，画出击实变化的曲线，其中横坐标可设置为预设的含水率，纵坐标则可设置为土样干密度。最终，能够结合试验结果，分析得出每组改良土体的最大干密度与最佳含水率。在本次试验中，针对于石灰改良参配比例为2%的粉质黏土，最佳含水率为13.95%，最大干密度为1.853g/cm3;针对于石灰改良参配比例为4%的粉质黏土，最佳含水率为14.28%，最大干密度为1.796g/cm3;针对于石灰改良参配比例为8%的粉质黏土，最佳含水率为14.97%，最大干密度为1.768g/cm3;针对于石灰改良参配比例为10%的粉质黏土，最佳含水率为15.72%，最大干密度为1.746g/cm3。

从上述测得的数据来看，掺配石灰比例与土壤样本最佳含水率成正比关系，掺配石灰比例越高，最佳含水量越高;同时掺配石灰比例与土壤样本最大干密度呈反比关系，掺配石灰比例越高，最大干密度越低。同时值得注意的是，如果改良的石灰掺加比例在6%以上，最大干密度虽然也会下降，但下降的幅度会明显减缓，而在同一条件下，最佳含水率增大的趋势则在明显增大。由此我们能够认识到，在粉质粘土中进行石灰的掺加，掺配比例并不是越高越好，一般将掺配比例控制在6%～8%之间，对于粉质黏土的路基的加固效果最好。

1.5加固土体的颗粒分析测定试验分析

在本次试验中，土体样本颗粒粒径分布范围为0.005mm～0.075mm，黏土改良土样本的石灰掺量同上文所述。然后在筛孔直径为2mm土样筛的帮助下，做好土壤样品的进一步筛。将样本置于烧瓶中加入200mL蒸馏水进行浸泡，浸泡时间需要控制在12h。然后经过六偏磷酸钠分散，再采用电炉进行煮沸，冷却后需要进行静置处理，再将液体注入量筒中，采用玻璃棒进行沉淀土的研磨，加水搅拌后静置，再注入量筒重复上述步骤，最终获取土壤粒径测范围试数据。从最终结果来看，随着掺配的石灰比例与0.005～0.075mm粒径范围所占比重呈反比，而此部分粒径的土体是路基冻胀产生的主要原因。

结语：

综上所述，通过上述研究我们能够得出，改良土塑性指数会因粉质黏土塑限变化而下降;石灰能够起到良好的粉质黏土路基的加固效果，其中石灰掺配比一个控制在6%～8%。三是针对0.005mm～0.075mm粒径范围内的黏土土体，更易发生冻胀病害，减少石灰掺配量，能够降低该范围内土粒比重，最终起到预防冻胀病害的效果。

参考文献

[1]廉杨.高速公路低液限粉质黏土路用性能的试验分析[J].科技风,2017(25):84.

[2]崔宏环,王志阳.冲积扇粉质黏土路基在交通荷载作用下的沉降变形影响因素分析[J].中外公路,2018,38(05):1-7.

[3]邹大建.基于改良粉质黏土公路路基的竹筋加固技术的应用研究[J].黑龙江交通科技,2017,40(05):29-30.

[4]文华,罗鑫,张玲玲.川南地区高含水量粉质黏土掺灰法处治研究[J].施工技术,2015,44(16):85-88+103.