论文部分内容阅读
【摘要】 昌樟（南昌—樟树）高速公路沿线高液限土分布较广，为对其进行有效利用，需要充分掌握其工程特性。为此，选取了典型土样进行工程特性试验研究分析，主要分析了高液限土的不同含水率、压实功与压实度的关系；土的不同含水率、不同击实功作用下土样的CBR值的变化规律；不同击实功作用下，土样的CBR浸水膨胀量随含水率的变化规律。
【关键词】 高速公路；高液限土；工程特性
高液限土属于一种特殊粘土，普遍具有“高液限、高塑性指数、高天然含水率”等特征，故从工程处治角度看属于一种难以对付的“问题”土，高液限土在江西省腹部范围十分广泛，昌樟（南昌—樟树）高速公路沿线也不例外，设计土方量大（据估计沿线高液限土约1.02×107m3 ）。为确保工程质量和工期, 降低工程造价, 需采取切实可行的方法对沿线高液限土进行合理处治并加以利用。为了对高液限土进行科学处治, 首先必须全面了解高液限土的工程力学特性, 为此, 选取了昌樟高速公路沿线两处典型土样进行工程特性试验研究分析。
试验方法与试验项目
高速公路要求路基具有较高的强度与稳定性,路基的压实是为了保证其强度。室内试验的目的是基于高液限土的特殊性, 在以往研究成果的基础上弄清高液限土的含水率、击实功、压实度、膨胀量和强度之间的相互关系, 为实体工程试验与工程施工提供必要的依据。
由于高液限土的细粒含量大，其内部胶凝物质（Fe2O3·nH2O，SiO2·nH2O等）中包含结合水，结合水是物质颗粒的组成部分，不同于普通土的自由水，高液限土烘干后破坏了结合水与颗粒间的结合力与分子结构，失水后具有不可逆性，即失水后其胶凝作用不可恢复。因此湿法制件与干法制件得到的试验结果有一定的差距（表1）。同等条件下击实试验最大干密度湿法小于干法，最佳含水率湿法大于干法。昌樟高速公路地处亚热带气候区，全年气候温和湿润，年平均降雨量在1500～1700mm，现场土的天然含水量在30% ～ 35%，远高于最佳含水量，须晾晒降低含水率后进行分层碾压施工，因此采用湿法制件更符合实际施工过程。即在制备预定含水量土样时, 采用将高含水率的天然土逐步晾干的办法达到预计的含水量, 而非干法的先将土样烘干, 再添加预计的水进行拌和闷料。
由于高液限土的密度曲线与强度曲线( 承载比CB R) 之间并不完全吻合, 另外, 在含水量较高的情况下, 高液限土往往随着击实功的增加其强度降低，这在工程上主要表现为超压后的“弹簧”现象。因此, 室内试验分别进行了不同击实功( 层数×击数为3 ×30、3 ×50、3 ×98, 分别相当于轻型、中型和重型击实功) 、不同含水率( 稠度在0. 9～ 1. 3) 下的密度、浸水前后的强度和膨胀率交叉试验。试验土样基本力学参数如表2所示。
試验结果
高液限土的含水率、击实功与密实度的关系
考虑到填料天然含水率较高，重点对填料在偏湿状态下的击实特性进行了研究，不同含水率情况下干密度和相应的压实度随击实功的变化如图2.1所示。
图2.1中可以看出在最佳含水率至大于最佳含水率2%时，土样的干密度随击实功的增加而增大的幅度较大；在大于最佳含水率3%时，干密度随击实功的增加而增大的幅度开始降低，50击与98击情况下的干密度已比较接近；而含水率大于最佳含水率5%时，30击、50击、98击情况下的干密度基本一样，即在此含水率条件下，击实过程中已表现的橡皮土特征，过多的击实功容易造成土体内部剪切破坏。
可以看出土料偏干时对击实功较为敏感，偏湿时击实功的变化对干密度影响不大，实际施工时在压实度能达到控制的前提下，宜尽量选取偏湿状态进行碾压，有利于减少碾压遍数，提高施工效率，但要防止过度碾压。
高液限土的含水率、击实功与强度的关系
按照《公路土工试验规程》（JTGE40-2007）的要求进行湿法备样，配置了4~5种不同含水率的试样，含水率处于最佳含水率和天然含水率之间。每种含水率的试样进行三种不同击实功（98击、50击、30击）的CBR实验。不同击实功作用下土样的CBR值随制样的变化如图2.2所示。
图2.2的结果表明，各土料场高液限土在不同击实功作用下，土样CBR值随含水率呈先增大后减少的变化特征，制样含水率大于最佳含水率3%时的CBR值最大；在最佳含水率情况下，压实度大于90%后，其CBR值都大于3%；当初始含水率大于最佳含水率3%时，压实度大于90%后，其CBR值都大于4%；当初始含水率大于最佳含水率7%时，不同击实功（30~98击）条件下土样的干密度已变化很小，CBR值变化也不大，最小为2.4%、最大为6.6%，在此含水率的情况下，土样在击实过程中大部分都有较明显的橡皮土现象出现。
高液限土在不同击实功能和含水率下CBR浸水膨胀率变化关系
不同击实功作用下，土样的CBR浸水膨胀量随制样含水率也有明显的变化，图2.3为不同击实功能和制样含水率下CBR浸水膨胀率变化关系曲线。
图2.3所示结果表明，不同击实功作用下，土样的CBR浸水膨胀量随制样含水率的增加快速递减，这说明偏湿状态下碾压的高液限土路基其水稳定性要好些；相同制样含水条件下，击实功越大，土样越密实，其膨胀量越小，说明增大土体密度有利于提高土体的水稳定性。
结论
综合上述分析总结可以看出：
1）总体上，高液限土CBR强度较高，只要含水率适合，土体密实程度较高，其CBR值能够满足规范对上、下路堤填料强度的要求；
2）重型击实功作用下，高液限土CBR最大值对应的含水率大于最佳击实含水率，此时对应的浸水CBR膨胀量也较最佳含水率下土样的小，故为获得满意的CBR强度和体积稳定性，宜在偏湿状态进行土体碾压；
3）从加快施工进度和保证填筑质量的角度考虑，高液限土填筑施工时宜在偏湿的状态下进行碾压，不但能够减少土料的晾晒时间，且压实后的土体水稳强度最高;
4）偏湿状态下施工能在保证同等压实度的前提下，比偏干状态施工增加高液限土的抗压性能。
参考文献:
[ 1 ]曾宪新. 高液限土修筑路基技术研究[ D] . 上海: 同济大学, 2003.
[ 2 ]曾建民. 高液限土工程特性试验研究[D ] . 公路与汽运，2007.07
[ 3 ]沙庆林. 公路压实和压实标准[ M] . 北京: 人民交通出版社, 1980.
[ 4 ]杨颂, 王高鹏. 含砂高液限土填筑公路路基的试验分析[D] . 广东交通职业技术学院学, 1988.
[ 5 ]JTG E40-2007 公路土工试验规程[S]. 北京: 人民交通出版社, 2007.
[ 6 ]汪益敏, 张丽娟, 苏卫国. 加固土的CBR 实验研究[ J] .广东公路交通, 2001( 71) .
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】 高速公路；高液限土；工程特性
高液限土属于一种特殊粘土，普遍具有“高液限、高塑性指数、高天然含水率”等特征，故从工程处治角度看属于一种难以对付的“问题”土，高液限土在江西省腹部范围十分广泛，昌樟（南昌—樟树）高速公路沿线也不例外，设计土方量大（据估计沿线高液限土约1.02×107m3 ）。为确保工程质量和工期, 降低工程造价, 需采取切实可行的方法对沿线高液限土进行合理处治并加以利用。为了对高液限土进行科学处治, 首先必须全面了解高液限土的工程力学特性, 为此, 选取了昌樟高速公路沿线两处典型土样进行工程特性试验研究分析。
试验方法与试验项目
高速公路要求路基具有较高的强度与稳定性,路基的压实是为了保证其强度。室内试验的目的是基于高液限土的特殊性, 在以往研究成果的基础上弄清高液限土的含水率、击实功、压实度、膨胀量和强度之间的相互关系, 为实体工程试验与工程施工提供必要的依据。
由于高液限土的细粒含量大，其内部胶凝物质（Fe2O3·nH2O，SiO2·nH2O等）中包含结合水，结合水是物质颗粒的组成部分，不同于普通土的自由水，高液限土烘干后破坏了结合水与颗粒间的结合力与分子结构，失水后具有不可逆性，即失水后其胶凝作用不可恢复。因此湿法制件与干法制件得到的试验结果有一定的差距（表1）。同等条件下击实试验最大干密度湿法小于干法，最佳含水率湿法大于干法。昌樟高速公路地处亚热带气候区，全年气候温和湿润，年平均降雨量在1500～1700mm，现场土的天然含水量在30% ～ 35%，远高于最佳含水量，须晾晒降低含水率后进行分层碾压施工，因此采用湿法制件更符合实际施工过程。即在制备预定含水量土样时, 采用将高含水率的天然土逐步晾干的办法达到预计的含水量, 而非干法的先将土样烘干, 再添加预计的水进行拌和闷料。
由于高液限土的密度曲线与强度曲线( 承载比CB R) 之间并不完全吻合, 另外, 在含水量较高的情况下, 高液限土往往随着击实功的增加其强度降低，这在工程上主要表现为超压后的“弹簧”现象。因此, 室内试验分别进行了不同击实功( 层数×击数为3 ×30、3 ×50、3 ×98, 分别相当于轻型、中型和重型击实功) 、不同含水率( 稠度在0. 9～ 1. 3) 下的密度、浸水前后的强度和膨胀率交叉试验。试验土样基本力学参数如表2所示。
試验结果
高液限土的含水率、击实功与密实度的关系
考虑到填料天然含水率较高，重点对填料在偏湿状态下的击实特性进行了研究，不同含水率情况下干密度和相应的压实度随击实功的变化如图2.1所示。
图2.1中可以看出在最佳含水率至大于最佳含水率2%时，土样的干密度随击实功的增加而增大的幅度较大；在大于最佳含水率3%时，干密度随击实功的增加而增大的幅度开始降低，50击与98击情况下的干密度已比较接近；而含水率大于最佳含水率5%时，30击、50击、98击情况下的干密度基本一样，即在此含水率条件下，击实过程中已表现的橡皮土特征，过多的击实功容易造成土体内部剪切破坏。
可以看出土料偏干时对击实功较为敏感，偏湿时击实功的变化对干密度影响不大，实际施工时在压实度能达到控制的前提下，宜尽量选取偏湿状态进行碾压，有利于减少碾压遍数，提高施工效率，但要防止过度碾压。
高液限土的含水率、击实功与强度的关系
按照《公路土工试验规程》（JTGE40-2007）的要求进行湿法备样，配置了4~5种不同含水率的试样，含水率处于最佳含水率和天然含水率之间。每种含水率的试样进行三种不同击实功（98击、50击、30击）的CBR实验。不同击实功作用下土样的CBR值随制样的变化如图2.2所示。
图2.2的结果表明，各土料场高液限土在不同击实功作用下，土样CBR值随含水率呈先增大后减少的变化特征，制样含水率大于最佳含水率3%时的CBR值最大；在最佳含水率情况下，压实度大于90%后，其CBR值都大于3%；当初始含水率大于最佳含水率3%时，压实度大于90%后，其CBR值都大于4%；当初始含水率大于最佳含水率7%时，不同击实功（30~98击）条件下土样的干密度已变化很小，CBR值变化也不大，最小为2.4%、最大为6.6%，在此含水率的情况下，土样在击实过程中大部分都有较明显的橡皮土现象出现。
高液限土在不同击实功能和含水率下CBR浸水膨胀率变化关系
不同击实功作用下，土样的CBR浸水膨胀量随制样含水率也有明显的变化，图2.3为不同击实功能和制样含水率下CBR浸水膨胀率变化关系曲线。
图2.3所示结果表明，不同击实功作用下，土样的CBR浸水膨胀量随制样含水率的增加快速递减，这说明偏湿状态下碾压的高液限土路基其水稳定性要好些；相同制样含水条件下，击实功越大，土样越密实，其膨胀量越小，说明增大土体密度有利于提高土体的水稳定性。
结论
综合上述分析总结可以看出：
1）总体上，高液限土CBR强度较高，只要含水率适合，土体密实程度较高，其CBR值能够满足规范对上、下路堤填料强度的要求；
2）重型击实功作用下，高液限土CBR最大值对应的含水率大于最佳击实含水率，此时对应的浸水CBR膨胀量也较最佳含水率下土样的小，故为获得满意的CBR强度和体积稳定性，宜在偏湿状态进行土体碾压；
3）从加快施工进度和保证填筑质量的角度考虑，高液限土填筑施工时宜在偏湿的状态下进行碾压，不但能够减少土料的晾晒时间，且压实后的土体水稳强度最高;
4）偏湿状态下施工能在保证同等压实度的前提下，比偏干状态施工增加高液限土的抗压性能。
参考文献:
[ 1 ]曾宪新. 高液限土修筑路基技术研究[ D] . 上海: 同济大学, 2003.
[ 2 ]曾建民. 高液限土工程特性试验研究[D ] . 公路与汽运，2007.07
[ 3 ]沙庆林. 公路压实和压实标准[ M] . 北京: 人民交通出版社, 1980.
[ 4 ]杨颂, 王高鹏. 含砂高液限土填筑公路路基的试验分析[D] . 广东交通职业技术学院学, 1988.
[ 5 ]JTG E40-2007 公路土工试验规程[S]. 北京: 人民交通出版社, 2007.
[ 6 ]汪益敏, 张丽娟, 苏卫国. 加固土的CBR 实验研究[ J] .广东公路交通, 2001( 71) .
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。