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 1 前言 淮江高速大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，双向四车道高速大路标准。在测设过程中，发觉沿线分布有膨胀土。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务必实行防护措施和填土改性，确保高速大路平安运用。 因为膨胀土的液限、塑限和塑性指数较大，压缩性偏低，在自然含水率的状况下处于较坚硬的状态，所以易被工程技术人员忽略，但其对工程建设潜在着严峻的破坏性，膨胀土路堤易

2、产生溜坍、坍塌、滑坡等严峻事故，还会产生收缩开裂、膨胀、松散、剥落等病害，一旦消失问题，治理难度很大。世界上很多国家碰到过膨胀土的危害问题，据统计，在美国因为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、大路干线也碰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、水稳性等实验来选用最佳配比。因此务必按照淮江线膨胀土的特性，结合须要的实验，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 实验项目、

3、方法及成绩 按照研究要解决的问题，实验分成三大类，分离为： (1)取土坑土样实验，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射线衍射实验及差热分析实验)。 二个典型土样实验成绩如表1所示。 淮江高速大路膨胀土取土坑土样实验成绩表表1 土样 编号 主要 粘土 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 指 数 Ip 0.25 0.075 mm (%) 0.075 0.005 mm (%) 5 um (%) 2 um (%) 1 蒙脱石 伊利石 55 (73) 27

4、 28 2 62 36 27 74 中等 膨胀 土 2 蒙脱石 伊利石 43(55) 20 23 1 62 37 29 65 弱膨 胀土 注：括号中液限数值是根据大路土工实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实验，用以比较不同石灰含量对消退膨胀土胀缩性、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，实验成绩如表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实验成绩表2 土 样 编 号 石 灰 含 量 % 龄 期 d 重型击实 实验 试 验 干

5、 密 度 pd (g/ cm3 ) 膨胀实验 最大 干密 度 Pd max (g/ cm3) 最 佳 含 水 率 Wop (%) 自 由 膨 胀 率 Fs % 膨 胀 力 Pe (k Pa) 无 压 膨 胀 率 e (%) 50 kpa 膨 胀 率 ep50 (%) 收 缩 界 限 Ws (%) 收 缩 系 数 Csl 1 0 1 1.82 16.0 1.71 74 480 25 2.9 9.2 0.44 4 1 1.77 16.0 1.66 12 4.9 1.61 8.6 0.17 7 1.77 16.0 1.66 1.2 0.14 -1.01 6、7 0.16 28 1.77 16.0 1

6、.66 0 0.02 -0.125 5.6 0.07 6 1 1.74 16.0 1.66 5.1 1.81 0.26 10.0 0.09 7 1.74 16.0 1.66 0.77 0.015 -0.59 6.5 0.12 28 1.74 16.0 1.66 0 -0.01 -0.10 8 1 1.79 16.0 1.68 3.72 0.69 -0.32 10.0 0.09 7 1.79 16.0 1.68 1.24 0.05 -0.29 6.0 0.11 28 1.79 16.0 1.68 0 0 -0.23 2 0 1 1.87 15.0 1.76 65 106.5 22.1 1.79

7、9.7 0.42 6 1 1.81 15.0 1.70 13.6 6.39 0.66 10.0 0.09 7 1.81 15.0 1.70 0 0.21 -0.17 7.0 0.06 28 1.81 15.0 1.70 0 0.09 -0.1 按大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号土压实试样分离为2.9%和1.79%，掺石灰龄期7d以上都为负值，符合此项规定。 (3)施工路段现场取样实验，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实验、压缩实验和无侧限抗压强度实验。 从施工现场抉择5个不同地点取样，实验成绩如表3所示

8、。 淮江线现场土样胀缩性实验成绩表表3 取样 地点 土样编号 压实 密度 P (g/cm3) 含水 率 W (%) 压实 干密 度Pd (g/cm3) 膨胀 力 Pe (kpa) 无压 膨胀 率Se (%) 收缩 系数 Csl 试样 含水 率W (%) 收缩 含水 率Wm (%) 50kpa 膨胀 率 ep50 (%) 胀缩 总率 eps (%) K31+200 左侧 1-2 1.88 22.2 1.54 0.16 1-4 1.95 22.2 1.63 22.2 23.2 -0.49 -0.49 K31+200 右侧 1-1 1.90 19.7 1.59 0.315 1-3 1.93 19.7

9、 1.61 19.7 23.2 -0.78 -0.78 1-5 1.88 19.7 1.57 0 1-6 1.90 19.7 1.59 0 K31+660 路中 2-1 1.96 19.9 1.63 0.45 0.1 2-2 2.00 19.9 1.67 19.9 17.2 -1.01 -0.74 2-3 2.01 19.9 1.68 22.6 K36+600 右侧 2-5 2.02 21.3 1.67 2.63 2-6 1.96 21.3 1.62 0.1 21.3 17.2 -1.20 -0.79 2-7 1.96 21.3 1.62 8.67 K36+630路中 2-9 2.00 23.

10、0 1.63 0.27 2-10 1.87 23.0 1.52 0.1 23.0 17.2 -0.71 -0.13 2-11 2.03 23.0 1.65 23.8 3 结论与建议 (1)实验路段的膨胀土按大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临近中等膨胀土，都应改性处理后方可填筑路堤。 (2)对实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实验结果表明，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临近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

11、块粉碎、石灰存放、拌和以及压实后养护都达不到室内实验的条件，按照规范规定采用路拌法施工石灰剂量应比室内实验决定的剂量多1%，因此掺灰率按干土重计算可取5%。 (3)按照含水率大于最佳含水率3%以不用掺灰率制样实验，龄期7d以上胀缩总率和无侧限抗压强度都达到规范要求。因为施工现场取土坑土料的自然含水率较高，降至最佳含水率的难度较大，按照路基施工技术规范可用临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)按照施工现场压实过的试样实验，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临近零为佳的要