1 前言
淮江高速公路是國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153km，全線采用路基寬28m，雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)。在測設(shè)過程中，發(fā)現(xiàn)沿線分布有膨脹土。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、堅硬而又常有收縮裂隙的高塑性粘土。用這種土來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硬的狀態(tài)，所以易被工程技術(shù)人員忽視，但其對工程建設(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，還會產(chǎn)生收縮開裂、膨脹、松散、剝落等病害，一旦出現(xiàn)問題，治理難度很大。世界上許多國家遇到過膨脹土的危害問題，據(jù)統(tǒng)計，在美國由于膨脹土問題造成的損失，是洪水、風(fēng)和地震所造成的損失總和的兩倍多。我國有幾條重要鐵路、公路干線也遇到膨脹土引起的工程地質(zhì)問題。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)通過物理力學(xué)性質(zhì)、膨脹性、水穩(wěn)性等試驗(yàn)來選用最佳配比。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)研究要解決的問題，試驗(yàn)分成三大類，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))。
二個典型土樣試驗(yàn)成果如表1所示。
淮江高速公路膨脹土取土坑土樣試驗(yàn)成果表???表1
|
土樣 |
主要 |
界限含水率 |
顆粒分析 |
自由膨脹率 Fs?(％) |
膨脹 |
|||||
|
液限 |
塑限 |
塑 |
0.25 |
0.075 |
＜5 |
＜2 |
||||
|
1 |
蒙脫石 |
55 |
27 |
28 |
2 |
62 |
36 |
27 |
74 |
中等 |
|
2 |
蒙脫石 |
43(55) |
20 |
23 |
1 |
62 |
37 |
29 |
65 |
弱膨 |
注：括號中液限數(shù)值是按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》中的關(guān)系式計算的100g圓錐下沉20mm所測的液限。
(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、無壓膨脹率、有壓膨脹率、線縮率、收縮界限、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)量之比計算。
膨脹土不同摻灰率壓實(shí)及脹縮性試驗(yàn)成果???表2?
|
土 |
石 |
齡 |
重型擊實(shí) |
試 |
膨脹試驗(yàn) |
|
|||||
|
最大 |
最 |
自 |
膨 |
無 |
50 |
收 |
收 |
||||
|
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 |
1.66 |
|
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 |
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《公路路基設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，壓實(shí)脹縮總率不得超過0.7%，1號和2號土壓實(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、摻灰率以及上一類所述的各種脹縮性試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。
從施工現(xiàn)場選擇5個不同地點(diǎn)取樣，試驗(yàn)成果如表3所示。
淮江線現(xiàn)場土樣脹縮性試驗(yàn)成果表?????表3
|
取樣 |
土樣編號 |
壓實(shí) |
含水 |
壓實(shí) |
膨脹 |
無壓 |
收縮 |
試樣 |
收縮 |
50kpa |
脹縮 |
|
K31+200 |
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 |
1-1 |
1．90 |
19．7 |
1．59 |
|
0．315 |
|
|
|
|
|
|
1-3 |
1．93 |
19．7 |
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 |
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 |
2-5 |
2．02 |
21．3 |
1．67 |
|
2．63 |
|
|
|
|
|
|
2-6 |
1．96 |
21．3 |
1．62 |
|
|
0．1
lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:12.0pt;font-family:
宋體'> |
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 |
23．0 |
1．63 |
|
0．27 |
|
|
|
|
|
|
lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:7.5pt;font-family:宋體'>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 結(jié)論與建議
(1)試驗(yàn)路段的膨脹土按公路路基設(shè)計規(guī)范的工程地質(zhì)分類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側(cè)限抗拉壓強(qiáng)度都已達(dá)到規(guī)范要求，膨脹力和無壓膨脹率都達(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以上脹縮總率和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度都達(dá)到規(guī)范要求。由于施工現(xiàn)場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)場壓實(shí)過的試樣試驗(yàn)，含水率大于最佳含水率3%～7%。2號取土坑附近含水率比最佳含水率大5%～7%，實(shí)測摻灰率3.4%，脹縮總率0.24%，雖不超過規(guī)范對路床要求的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，其膨脹力達(dá)66kpa，50kpa壓力下浸水后仍發(fā)生膨脹。因?yàn)楹蔬^高，摻灰率不足，可能引發(fā)填土收縮變形造成的危害，對此應(yīng)予重視。
(5)淮江高速公路目前尚未全面開工，本次試驗(yàn)僅限于先導(dǎo)試驗(yàn)段，代表性不夠，隨著工程的大規(guī)模展開，今后將繼續(xù)跟蹤試驗(yàn)，為膨脹土填筑路堤改性處理提供更完善的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，同時將不斷改進(jìn)填筑技術(shù)。
