南友公路石灰改良中等膨胀土路堤的试验研究

南友公路石灰改良中等膨胀土路堤的试验研究?52?路基工程2009年第4期(总第145期)南友公路石灰改良中等膨胀土路堤的试验研究陈爱军杨和平(湖南工程学院湖南湘潭411104)(长沙理工大学公路工程学院湖南长沙410076)摘要结合广西南友公路石灰改良膨胀土试验路的修筑,室内试验研究表明宁明盆地的灰白色膨胀土具有中等膨胀潜势,经石灰改良可作为路堤填料,并通过室内试验确定了最优掺灰率;针对普遍利用熟石灰改良膨胀土的"二次掺灰"法,提出了掺加生石灰的"一次掺灰"的施工要点,为类似膨胀土路提的修建提供借鉴.关键词生石灰中膨胀土一次掺灰压实控制0引言广西南友公路全长约220km,路线穿越宁明盆地,路堑开挖的膨胀岩土厚度为0～12m,开挖量达200多万m,且主要集中在第10标段,11标段.由于膨胀岩土是成片连续分布,如路堤填料全部从远处借土必然导致造价较高,且废弃的膨胀土将占用大量的土地和带来一定的负面生态影响,因此有必要开展膨胀土改性试验研究,为膨胀土的处治利用提供依据.1基本物理力学性质及胀缩等级的判别本文以南友公路K135+530～+580试验路段为研究依托,进行石灰改良膨胀土的土性试验和施工技术研究.试验膨胀土样取自南友公路K134+400,取 土深3m,为灰白色,软塑状态,夹有少量铁锰结核.室内试验包括土的物理性质,胀缩性和强度指标试验,CBR和击实试验采用湿土法,其它制样采用风干土,试验结果见表1,表2和表3.表1灰白色膨胀土物性指标表比液限塑限塑性缩限<21xm胶最大干密度最佳含重/%/%指数/%粒含量/%/(g?cm.)水量/%2.6765.533.53218.1541.8314.6表2压实灰白色膨胀土胀缩性指标表表3膨胀土强度试验结果表CBR试验三轴剪切试验(饱和)直剪试验(饱和快剪)CBR值/%膨胀量/%c/kPa/(.)c/kPa(.)1.4l4.532.91461.712分析膨胀土的试验结果可知,灰白色膨胀土塑性指数高达32%,胶粒含量54%,说明比表面积大,膨胀土的活性大,对水的敏感性强;虽然灰白色膨胀土的自由膨胀率只有56%,但其CBR浸水膨胀量高达14.5%,无荷膨胀量和50kPa下的膨胀量分别为27.5%和4.9%,线缩率和体缩率分别为5.7%和8.5%,说明重塑土样的膨胀性和收缩性都较大;同时,灰白色膨胀土的CBR值只有1.4%,三轴剪切交通部西部交通科技项目(2002318000).陈爱军,男,讲师,硕士.试验和直剪试验的c和都较小,表明重塑土样的强度较普通粘土小得多.将宁明膨胀土分别按国内常用的自由膨胀率法,塑性图判别法和国际流行的Wil—liams判别法判别其膨胀势,发现只有自由膨胀率法判别结果为弱膨胀土,其他两种判别法定其膨胀势都为中膨胀土.自由膨胀率判别法虽然简便,但因受试 验方法的影响比较大,国内外关于其能否作为判别指标的意见并不统一,不少学者认为其判别膨胀潜势偏低.鉴于南友公路宁明县境内膨胀土路基破环比较严重,判别它为具有中等膨胀潜势的膨胀土是合理的.2改良土最优掺灰率的确定为了探讨中等膨胀土石灰改性效果和工程特性,并确定石灰改良土的最佳掺灰率,本研究进行了石灰改良膨胀土的物理性质,胀缩性质和强度性质等试验,生石灰掺入的质量百分比为3%,5%,7%和9%.室内改性试验方法参考试验规程拟定,具体备料方法是:①将风干膨胀土碾碎过2mm筛;②测定风干含水率,计算配置一定含水率的土样所需的加水量;③用喷雾器喷洒预计的含水量,然后将搅拌的土样装入塑料袋,扎紧袋口后放置于保湿缸内静置24小时以上,以确保土样水分均匀;④第二天将含水量较均匀的膨胀土与生石灰拌合,为了较好地控制改良土的含水量,仍然将拌和的改良土样装人塑料袋,扎紧袋口后放置于保湿缸内静置24小时.最后进行改良土的各项物理力学性质试验,各项试验结果见图1～图3.分析图1～图3发现,改良土的各项试验指标较天然膨胀土均有明显改善,特别当掺灰率为5%时,液限为48%,低于50%;塑性指数为19.4,低于26.0;CBR值为47.9%,远远大于规范对CBR值的要求.同时,改良土的膨胀性大大降低,自由膨胀率降至10%,低于40%,CBR膨胀量降至2.9%,无荷膨胀量降至0.58%,50kPa有荷膨胀量降至一 0.1%,已与普通粘土接近.而且,改良土的抗剪强度指标也有较大提高,特别是内摩擦角值提高了2～4倍.但是,当掺灰率超过5%后,改良土的物理力学指标并没有明显改善.因此,石灰改良中膨胀土完全可作为路堤填料,同时,确定试验路段掺灰率为5%是比较合理的.陈爱军等:南友公路石灰改良中等膨胀土路堤的试验研究?53?赵憩翌霉翅靼当蛰掺灰率图1不同掺灰率的土性指标图掺灰率,%图2不同掺灰率的膨胀性指标图胶粒含量/%液限,%塑限/%塑性指数缩限/%45678910掺灰率,%不同掺灰率的强度指标图胀量值,%c值/kPa:) c值/kPa)3一次掺灰的施工要点试验段路堤最大填高15m,路堤顶面8m以下原地面以上用碎石土填筑,碎石土以上6m用石灰改良膨胀土填筑,路堤94区和96区采用碎石土,边坡为1:1.75.现场石灰改良膨胀土的掺灰方法有一次掺灰法和二次掺灰法,其中二次掺灰法使用较多,而且第二次掺灰多采用熟石灰,已有学者卜对其进行了比较深入的研究.根据场地实际工程地质条件和施工设备条件,采用Ⅲ级以上过5mm筛的生石灰粉(当地盛产生石灰),进行一次掺灰施工.3.1松铺将取土场挖出的天然膨胀土卸在路堤上,立即用履带式推土机推平并可适当将大块土料碾碎,然后检测填土层的松铺厚度,厚度严格控制在25—30em以内,且均匀一致,过薄过厚都将影响改良土的灰剂量.膨胀土层松铺后用路拌机将大粒径土打碎一遍,然后用平地机进行平整,个别处用人工配合找平,保持每层填土满足规定的路拱.3.2掺生石灰摊铺生石灰时,根据改良土的压实厚度,预定的干容重和石灰剂量(5%),计算每平方米改良土需要的生石灰用量.然后用生石灰粉撒线画出固定面积的格子,称取固定数量的生石灰摆放到格子内,并检查有无遗漏或多余,并用木条刮平摊开,然后用路拌机拌和两遍.拌和机由两侧向中心拌和,每次拌和重叠10～20em,土粒最大直径不能超过5em. 3.3闷料由于膨胀土的天然含水量较高(25%～35%),在与生石灰充分拌和后,经过一定时间的闷料(一般为24小时),改良土将变得"蓬松",这是因为生石灰吸收素土的水份成为熟石灰体积膨胀而产生的.同时,石灰与膨胀土进行充分的物理化学反应,能有效降低膨胀土的早期胀缩变形,并且反应过程中生石灰释放大量的水化热能降低土料的含水量.如果闷料期间天气晴好,土料水份蒸发也能大大降低混合料的含水量.在闷料一昼夜后,用路拌机补充拌和一遍,并及时检测混合料的灰剂量,使灰剂量控制在5%的0%一+2%之间,如果灰剂量不足可补撒石灰.3.4压实控制规范规定:高速公路,一级公路膨胀土路堤的压实度应符合下列规定:路床≥96%,上路堤≥94%,下路堤/>93%.对于填筑石灰改良膨胀土路堤,按规范的规定,压实度控制在93%～96%的范围内是合理的,压实度过小容易造成路堤强度不足和工后沉降过大,压实度过大并不能有效提高路堤的强度,反而会增大路堤的膨胀潜势.石灰改良膨胀土的含水量是控制路堤压实度的一个关键因素,同时也影响到路堤的强度和稳定性.本文通过试验得到以下结论:为了保证路堤足够的强度和稳定性,以比最佳含水量高+5%～+7%控制压实含水量是合理的,同时,含水量较大也有利于灰土的后期物理化学反应和减少天然膨胀土的晾晒工作量.当然,混合料含水量不宜过大,否则容易造成橡皮土而难以压实.4后期质量评价 为了评价石灰改良膨胀土试验路的改良效果,对填筑完成后的石灰改良膨胀土路堤采用承载板法测定其土基回弹模量,共测试了4个点,其土基回弹模量范围为43.54～73.34MPa,规范规定高速公路和一级公路的土基回弹模量应大于30MPa,由此可知,路堤93区改良土的土基回弹模量都远远超过了规范要求,说明石灰改良膨胀土是有效的.而且,从通车运营到现在近三年时间,经过三个完整干湿循环周期,该段路堤没出现明显沉降和变形,沥青混凝土路面行驶状况良好,路堤边坡完整,充分证明了掺加5%生石灰改良中膨胀的"一次掺灰"施工工艺是合理可行的.5结论(1)宁明盆地的灰白色膨胀土天然含水量高,浸水膨胀量大,浸水强度低,是具有中等膨胀潜势的膨胀土,须经改良处治方可作为路堤填料.(2)掺石灰处治灰白色膨胀土可有效降低其膨胀性和显着提高其强度,改良土完全满足路堤填料的～一一一一一一一.三一332凰0?54?路基工程2009年第4期(总第145期)CFG桩复合地基处理桥头跳车的优化设计木陈桂香肖昭然孙红亮(河南工业大学土木建筑学院河南郑州450052)摘要采用数值分析软件FLAC∞ ,对CFG桩复合地基处理桥头跳车的效果进行模拟,得出CFG桩复合地基在不同桩长,不同桩距情况下路基沉降变化特征,以及桩长,桩距与桩,土应力比的关系.关键词CFG桩复合地基变桩长变桩距数值分析0引言桥头跳车是桥台和路基之间产生差异沉降引起车辆行驶颠簸的一种现象,桥头跳车现象是困扰工程界的难题之一.在桥头跳车问题处理中,桥头工后沉降过大的问题易解决,但在处理路段与未处理路段衔接处,又产生了新的沉降突变,即"二次跳车",解决这个问题是减缓桥头跳车的关键所在….CFG桩复合地基是近年发展起来的地基处理技术,桩与桩间土通过褥垫层形成CFG桩复合地基,具有加速土体固结,承载力大且可调性强,沉降变形小和沉降稳定快等优点,在高速公路地基处理中被广泛地应用.本文研究CFG桩复合地基在减小"二次跳车"问题中的优化设计问题,采用FLAC对郑石高速公路地质条件典型断面进行模拟,研究桩长,桩间距对路基沉降变化特征的影响.1计算模型1.1模型设计结合实际工程,设计了如图1的计算模型,桩位正三角形布置,桩长L=5.0m,桩径D=0.4m.根据工程地质情况,选取计算深度20m,模型宽100m,本次模拟分别取桩长为5m,6m,7m和8m;桩距为1.5m,2.4m和3.2m.1.2单元性质及边界条件路基沉降变形为轴对称平面应变问题,在建立几 何模型时选取模型的一半作为研究对象,并且根据该,Ic河南省交通厅项目(2008—17).陈桂香,女,讲师.问题的特点,对边界条件作如下假定:为路的横断面方向,z为深度方向.底面固定,Y,z三个方向位移,路纵断面两侧固定Y方向位移,路横断面两侧固定方向位移,上部为自由面.材料的应力应变关系:桩体采用FLAC程序自带的结构单元,该结构单元可以模拟桩土之间的张开,错动或滑移,桩结构单元端点直接和网格(土体)相连,不考虑地下水作用;桥台采用弹性模型,由于桥台与土的模量相差较大,二者之间采用Inter—face界面单元模拟.土体采用摩尔库仑模型,根据土工试验获得土层的压缩模量E,泊松比密度P,根据弹性模量与,,..2压缩模量的关系:E=E(1一)得到E;再通过l一FE得到FLAC如计算所需的剪切模量G=和l十F体积模量K=.J1一z填土作为新增单元参加计算,每层填土荷载在每个荷载步的第一个荷载子步瞬时加载完毕,这种加载要求,掺灰5%是最优掺灰率.(3)相对于掺熟石灰,在膨胀土中掺生石灰可在水化过程中吸收大量水分和产生水化热,迅速降低膨胀土的含水量,施工程序少,工期短,作用更 有效.参考文献:[I]杨和平.曲永新,郑健龙.宁明膨胀土研究的新进展[J1.岩土工程,2005,27(9):981—987[2]欧孝夺,温卫权.公路工程中膨胀土判别方法的探讨[J].广西大学(自然科学版),2005,3(2):139—142.[3]中华人民共和行业标准.公路土工试验规程(删o5l—93)[s].北京:人民交通出版社,1993.[4]中华人民共和行业标准公路工程无机结合料稳定材料试验规程(删057—94)[s].北京:人民交通出版社,1994.[5]中华人民共和行业标准.公路路基施工技术规范(盯GF10—2006)[s].北京:人民交通出版社,2004.[6]王保田,张福海,张文慧.改良膨胀土施工技术与改良土的性质研究[J].岩石力学与工程,2006,25(增1):3157—3161.[7]张福海,王永安,张海军等.石灰改良高含水量膨胀土的"二次掺灰"工艺及效果检测[J].中南公路工程,2006,31(3):78—80.[8]倪宏革等.膨胀土固化材料的分类与固化机理[J].路基工程,2007(6).[9]中华人民共和行业标准.公路沥青路面设计规范(JTJ014—97)[s].北京:人民交通出版社,1997.收稿日期:2008—1o一16