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摘要：本文以龙岩双永高速公路高液限土改良工程为背景，对高液限土中掺砂、水泥、熟石灰以及生石灰等的四种改良方案进行液塑限试验，击实试验以及CBR试验，从而得到了高液限土通过改良前后的相关试验数据，通过对这些试验数据的综合分析和比较并结合考虑了成本的控制，最终总结出掺6%生石灰为最佳改良方案。
关键词：高液限土; 路基土改良；生石灰；最大干密度；CBR。
1 前言
龍岩双永高速公路沿线存在着大量的高液限土，受山区土源、工程造价等因素制约将有大量的高液限土需要作为路堤填料使用。这些高液限土物理力学性质差异悬殊、工程特性差，其基本特征是液限高（WL≥50），天然含水率远远超过最优含水率、粗细颗粒含量极不均匀等。由于利用高液限、高塑性指数、高天然含水量的土作填料的路基，变形大、稳定性差、施工复杂，容易产生路基病害，已成为公路建设中的一个突出问题。路基作为高速公路主体工程，应具有足够的强度、稳定性和耐久性，在现行《公路路基设计规范》和《公路路基施工规范》中规定：路基填土应满足液限不大于50，塑性指数不大于26，含水量W不超过规定，及CBR实测值大于规定值的要求。由于高液限土在此高速公路工程中填数量达上百万立方米，若把该地的高液限土作为弃土不用，将大量增加工程费用，延长工期，弃土还造成环境的破坏，所以必须想办法对高液限土进行改良和处理。
目前常用的改良方法，是通过在土中添加石灰、水泥、砂来改变土的物理力学特性的指标，土与添加剂发生化学反应后主要产生两个方面的作用：①改变高液限土的粒径构成，降低塑性指标，增加水稳定性，减小膨胀和收缩变形的能力，改变含水量，适应大型机械的施工；②改变高液限土微观结构，提高改良土的抗压强度，变形回弹模量，减小路面的永久积变形等。本文将以龙岩双永高速为背景，利用室内一系列的改良试验对各种改良方案的效果进行分析对比，从而比选出最佳的改良方案。
2 室内试验
2.1 高液限土的常规试验
由于此工程项目的取土场有三处，且每处土样的性质都差不多都为高液限土，其中K210+550的取土场土方数量最多，最有代表性，因此为了提高改良措施的有效性和可行性，达到保证工程质量、节省造价、保护环境的要求，所以就取此处土样进行系统的室内试验，试验项目主要包括：液塑限、颗分、击实、CBR（3层98击）等试验，试验成果汇总见表1。
表1土物理力学性质指标汇总
2.2各种掺料和掺量降低土料含水率试验
通过含水率试验得知土料的天然含水大部分都在23%-27%远高于最优含水率17.5%，碾压前必须将土料的含水率降低到最优含水率附近才能达到设计要求的压实效果，但由于工程进度较赶高液限土采用晾晒的方法降低含水率效果并不理想，为此，通过室内试验研究了掺入不同掺量的砂、水泥、熟石灰和生石灰对降低土料含水率的效果，试验结果见表2～表5。
从表2---表5中可以看出，各种掺料的试验结果为土掺入生石灰降低含水率效果最佳，需要说明的是，当掺入生石灰时，土料含水率降低主要由两部分构成，其中一部分为生石灰消解时吸收土料中的水分引起的，另一部分为生石灰消解时产生的热量导致土料水分蒸发所引起的。表5中的计算结果只考虑了生石灰消解所引起的土料含水率降低，室内试验时掺入生石灰的土料是装在塑料袋中的，基本没有水分蒸发，现场实际掺入生石灰焖料时由于生石灰消解产生的热量导致的水分蒸发将会引起土料含水率降低更多。
2.3不同掺料配比试验
为确定不同掺料对高液限土压实度和承载力的影响，并结合考虑了成本的控制（生石灰、熟石灰、水泥等掺量≤10%，砂掺量≤30%），确定最优改良方案，进行了4种掺料配比（即掺入不同剂量的砂、水泥、熟石灰、生石灰）的击实试验、承载比试验和液塑限试验，试验成果汇总见表6
3 试验成果分析
（1）4种掺料的配比试验说明掺入适量的改良材料，可以改善高液限土的物理力学性能，提高其承载力。
（2）掺砂改良高液限土后，土的粒径改变了，其抗压强度提高了，最大干密度增加，CBR值显著提高。同时也能较大地降低土的天然含水率。
（3）用水泥改良高液限土时，水泥、土和水之间发生了多种复杂作用。在水泥的水化作用下，土的孔隙相互交织搭接，凝结成一个整体，逐渐丧失了原有的塑性，使土具有一定的强度和稳定性。试验证明掺水泥的较大程度提高土料的CBR值，但对最优含水率和最大干密度影响不大。
（4）用熟石灰改良高液限土时，石灰与土均匀混合后将随着时间的推移发生一系列的物理化学作用。这些作用的持续发生，改善了土的物理状，使得细微粒结合水膜变薄，粘土的胶料絮凝。经碾压后形成石灰土结构的早强强度，后期强度还可持续增长，尤其在后期形成的结构强度相对更大。试验成果证明，掺熟石灰可在提高土料CBR值，但最大干密度略有降低。
（5）掺生石灰改良高液限土时，可以看出土料的最大干密度提高同时CBR值显著增加。另外，通过各种掺料和掺量下降低土料含水率试验结果表明，土料中掺入生石灰降低土料的含水率效果最佳，且生石灰改良过程中能放出大量热加快土料中水分的蒸发，因此生石灰改良土降低天然含水率效果最优。
4 结论
综上所述四种掺料改良土相对于高液限土液限降低，塑性指数减小，因此四种掺料改良土的路用性能普遍比高液限土好，高液限土的天然含水率普遍比最优含水率大较多，因此高液限土填筑最关键的问题是含水率的控制，而从各种掺料和掺量下降低土料含水率试验结果可知，掺砂30%的改良土和掺6%生石灰的改良土相比其它材料能够更好的减小压实含水率，而且使改良后高液限土的物理力学性能显著提高，CBR值满足≥8的设计要求。但掺砂30%的改良土的改良成本为18元/m3比掺6%生石灰的改良土的改良成本为12元/m3高，所以掺6%生石灰改良高液限土为最佳方案。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：高液限土; 路基土改良；生石灰；最大干密度；CBR。
1 前言
龍岩双永高速公路沿线存在着大量的高液限土，受山区土源、工程造价等因素制约将有大量的高液限土需要作为路堤填料使用。这些高液限土物理力学性质差异悬殊、工程特性差，其基本特征是液限高（WL≥50），天然含水率远远超过最优含水率、粗细颗粒含量极不均匀等。由于利用高液限、高塑性指数、高天然含水量的土作填料的路基，变形大、稳定性差、施工复杂，容易产生路基病害，已成为公路建设中的一个突出问题。路基作为高速公路主体工程，应具有足够的强度、稳定性和耐久性，在现行《公路路基设计规范》和《公路路基施工规范》中规定：路基填土应满足液限不大于50，塑性指数不大于26，含水量W不超过规定，及CBR实测值大于规定值的要求。由于高液限土在此高速公路工程中填数量达上百万立方米，若把该地的高液限土作为弃土不用，将大量增加工程费用，延长工期，弃土还造成环境的破坏，所以必须想办法对高液限土进行改良和处理。
目前常用的改良方法，是通过在土中添加石灰、水泥、砂来改变土的物理力学特性的指标，土与添加剂发生化学反应后主要产生两个方面的作用：①改变高液限土的粒径构成，降低塑性指标，增加水稳定性，减小膨胀和收缩变形的能力，改变含水量，适应大型机械的施工；②改变高液限土微观结构，提高改良土的抗压强度，变形回弹模量，减小路面的永久积变形等。本文将以龙岩双永高速为背景，利用室内一系列的改良试验对各种改良方案的效果进行分析对比，从而比选出最佳的改良方案。
2 室内试验
2.1 高液限土的常规试验
由于此工程项目的取土场有三处，且每处土样的性质都差不多都为高液限土，其中K210+550的取土场土方数量最多，最有代表性，因此为了提高改良措施的有效性和可行性，达到保证工程质量、节省造价、保护环境的要求，所以就取此处土样进行系统的室内试验，试验项目主要包括：液塑限、颗分、击实、CBR（3层98击）等试验，试验成果汇总见表1。
表1土物理力学性质指标汇总
2.2各种掺料和掺量降低土料含水率试验
通过含水率试验得知土料的天然含水大部分都在23%-27%远高于最优含水率17.5%，碾压前必须将土料的含水率降低到最优含水率附近才能达到设计要求的压实效果，但由于工程进度较赶高液限土采用晾晒的方法降低含水率效果并不理想，为此，通过室内试验研究了掺入不同掺量的砂、水泥、熟石灰和生石灰对降低土料含水率的效果，试验结果见表2～表5。
从表2---表5中可以看出，各种掺料的试验结果为土掺入生石灰降低含水率效果最佳，需要说明的是，当掺入生石灰时，土料含水率降低主要由两部分构成，其中一部分为生石灰消解时吸收土料中的水分引起的，另一部分为生石灰消解时产生的热量导致土料水分蒸发所引起的。表5中的计算结果只考虑了生石灰消解所引起的土料含水率降低，室内试验时掺入生石灰的土料是装在塑料袋中的，基本没有水分蒸发，现场实际掺入生石灰焖料时由于生石灰消解产生的热量导致的水分蒸发将会引起土料含水率降低更多。
2.3不同掺料配比试验
为确定不同掺料对高液限土压实度和承载力的影响，并结合考虑了成本的控制（生石灰、熟石灰、水泥等掺量≤10%，砂掺量≤30%），确定最优改良方案，进行了4种掺料配比（即掺入不同剂量的砂、水泥、熟石灰、生石灰）的击实试验、承载比试验和液塑限试验，试验成果汇总见表6
3 试验成果分析
（1）4种掺料的配比试验说明掺入适量的改良材料，可以改善高液限土的物理力学性能，提高其承载力。
（2）掺砂改良高液限土后，土的粒径改变了，其抗压强度提高了，最大干密度增加，CBR值显著提高。同时也能较大地降低土的天然含水率。
（3）用水泥改良高液限土时，水泥、土和水之间发生了多种复杂作用。在水泥的水化作用下，土的孔隙相互交织搭接，凝结成一个整体，逐渐丧失了原有的塑性，使土具有一定的强度和稳定性。试验证明掺水泥的较大程度提高土料的CBR值，但对最优含水率和最大干密度影响不大。
（4）用熟石灰改良高液限土时，石灰与土均匀混合后将随着时间的推移发生一系列的物理化学作用。这些作用的持续发生，改善了土的物理状，使得细微粒结合水膜变薄，粘土的胶料絮凝。经碾压后形成石灰土结构的早强强度，后期强度还可持续增长，尤其在后期形成的结构强度相对更大。试验成果证明，掺熟石灰可在提高土料CBR值，但最大干密度略有降低。
（5）掺生石灰改良高液限土时，可以看出土料的最大干密度提高同时CBR值显著增加。另外，通过各种掺料和掺量下降低土料含水率试验结果表明，土料中掺入生石灰降低土料的含水率效果最佳，且生石灰改良过程中能放出大量热加快土料中水分的蒸发，因此生石灰改良土降低天然含水率效果最优。
4 结论
综上所述四种掺料改良土相对于高液限土液限降低，塑性指数减小，因此四种掺料改良土的路用性能普遍比高液限土好，高液限土的天然含水率普遍比最优含水率大较多，因此高液限土填筑最关键的问题是含水率的控制，而从各种掺料和掺量下降低土料含水率试验结果可知，掺砂30%的改良土和掺6%生石灰的改良土相比其它材料能够更好的减小压实含水率，而且使改良后高液限土的物理力学性能显著提高，CBR值满足≥8的设计要求。但掺砂30%的改良土的改良成本为18元/m3比掺6%生石灰的改良土的改良成本为12元/m3高，所以掺6%生石灰改良高液限土为最佳方案。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。