摘要：本文以某高速公路特殊高液限土为基本分析对象，根据现行规范要求对高液限土的物理及路用性能进行试验研究，同时采用不同水泥掺量的改良高液限土技术进行试验研究，得出不同比例石灰掺量最佳含水率、最大干密度、平均抗压强度及适用范围。
关键词：高液限土；水泥改良处治；试验研究；
1 引言
高液限土在全国范围内都有广泛的分布，高液限土的膨胀程度会随着含水率的增加而增加，如果高液限土的上部压力增大，会使得高液限土的坡脚膨胀力加大，从未导致土体松动，进而造成边坡损坏。现阶段，多数路基规范中是以膨胀土边坡方法为基础来处治高液限土边坡坍塌的，也就是对原路基边坡进行削坡处理，然而削坡处理后会导致土体膨胀，进而对高液限土的强度产生影响，所以按照设计规范处治是不合理的。通常还会对高液限土进行换填处治，但是换填处治对土源的要求非常高且工作量大，会造成资源浪费。因此，在充分利用高液限土，降低对其他土方的需求的基础上，对高液限土进行研究，从而达到节约资源的目的[1-2]。
2 水泥改良土机理分析
水泥改良土即土地中的矿物成分在物理化学反应的作用下，使得土颗粒达到稳定的胶体结构，从而提高土体的性能，具体有如下表现[3]：
1）水化作用
将水泥加入土体中后，熟料矿物如SiO2、Al2O3等，与水发生反应形成水化物，如Ca(OH)2▪ SiO2▪(n+1)H2O、Ca(OH)2▪ Al2O3▪(n+1)H2O等
2）凝结作用
水化作用形成的水化物无法与水相溶，从而即形成凝胶，产生黏性，能够渗透土颗粒形成整体，这种反应不断进行，使得游离的水分逐渐减少，胶体逐渐变稠，水泥浆发生凝结作用。
3）硬化作用
随着反应的进行，生成的凝胶、晶体也随之不断增多，在一系列作用下，形成紧密的网状结构，并且使得水化物不断充实，增加混合物的强度，从而形成较高强度的水泥土，即发生硬化作用。
3高液限土物理性质
3.1项目概况
某路段的高速公路位于湘中偏北部，此处系亚热带大陆性季风气候，该地气候湿润雨水较多，暑热期长而严寒期短，夏秋多旱而春温多变。综合现场实际勘察结果发现此地的高液限土具备特有的物理力学特点，尤其是压实性差、含水量高等不利于工程建设的特征。不难预测，若直接将该地区的高液限土用于填路筑堤，将产生滑坡、坍塌，难压实等一系列诟病，且修筑后的路基水稳定性极差，达不到高速公路工程的标准。若换方，放弃此地的高液限土，又会直接导致资源浪费及投资成本的增加。
3.2高液限土物理性质
（1）测定含水率
根据《公路土工试验规程》（JTG E40—2015）中试验要求，采用“烘干法”对采取的土样进行天然含水率的测定。计算公式：
；取样位置：K8+200；含水率：22.3%。
（2）测定液塑限
根据《公路土工试验规程》（JTG E40—2015）中试验要求，采用“液限和塑限联合测定法”对采取的土样进行试验。计算公式：
、
；取样位置：K8+200；液限：60%、塑限32%、塑性指数27%，满足相关规范对高液限土的定义。
（3）颗粒分析
根据《公路土工试验规程》相关规定，结合土样的实际情况，本文采用“筛分法”对采取的试验土样进行颗粒分析实验。计算公式：
；取样位置：K8+200。具体颗粒大小组成如表1.1所示。
表1.1K8+200颗粒大小组成
该土样粒径低于0.075mm比例均在60%左右，粒径低于0.5mm百分比超过80%，表明细颗粒含量较高，由黏粒的性质可以断定该土样可塑性较强，透水性较差，不易压实。
3.2试验目的和方案
本文主要针对该高速公路中“K8+200”高液限土进行掺入水泥的实验研究，以该路段的高液限土满足路基填料为目标，在此基础上，对最佳的掺料比例、最佳含水率及最大干密度进行研究。
通过掺入4%、5%、6%这三种比例的水泥对高液限土进行改良，在击实试验将改良后高液限土的最佳含水率、最大密实度加以确定后，通过无侧限抗压强度试验对其强度进行确定，检验其是否满足规范要求。水泥改良处治技术的试验方法及流程如下[4]。
（1）击实试验
首先，以“干土法”制作12%、14%、16%、18%、20%这五种不同含水率土样，以5kg为一份打包好，并“焖”至少36小时。其次，将“焖”好的样本分别掺入4%、5%、6%三种比例的水泥，随即进行击实试验。最后，处理实验数据，得出不同含水率下的最佳含水率及最大干密度。
（2）无侧限抗压强度试验
第一步，运用“干土法”制作最佳含水率附近的土样，以5kg为一份打包好，并“焖”至少36小时；第二步，将“焖”好的样本分别加入4%、5%、6%三种比例的生石灰，按照94%、96%的压实度制作试件，在标准室内养护7天，观察测试件基本参数（外表、高度、质量），再将其置于水中，水面高出试件约2.5cm，运用路面材料强度实验仪器对样本进行承载比实验；第三步，对实验数据整理分析，得出不同压实度下的无侧限抗压强度指标。
由于水泥与高液限土中的水分子会发生水化、结块反应，故在掺入水泥后应即刻进行击实试验，同时，进行对压实度为94%、96%的样本进行无侧限抗压强度试验，验证水泥改良后的高液限土是否可用于94、96区路基填筑。为了节约时间成本，采用“干土法”来制作不同含水率的样本。
3.3试验结果
1）击实试验
以K8+200处的高液限土为采取样本，击实方法：重型Ⅱ法Ⅱ.2，每层击数：98，筒容积：2150cm3，不同样本击实试验数据整理。根据击实试验数据，绘制含水率与干密度的曲线关系图，如1.1-1.3所示。
由以上图表可知，在不同水泥掺量下，改良土的最佳含水率和最大干密度，如表1.2所示。
表1.2不同水泥掺量下的最佳含水率和最大干密度
从上表可知，高液限土掺入4%、5%、6%水泥改良后，其最佳含水率分别在13.01%、14.03%、16.22%附近，其最大干密度分别为1.77g/cm3、1.80g/cm3、1.79g/cm3，为无侧限抗压强度试验的样本提供了制作依据。
（2）无侧限抗压强度试验
以《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2015）为参考制作样本，进行无侧限抗压强度试验，采用静压法制作，试件尺寸直径×高=Φ50mm×50mm。
依据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2015）来制作水泥改良土试件，以所需的压实度为根据，将体积作为标准，以静压法来制作。样本掺入水泥后应放置在塑料袋中并浸湿。依照击实试验从而确定含水率，并根据以下公式确认掺入的水泥和水的用量。
图1.1掺4%水泥含水率与干密度的曲线关系
图1.2掺5%水泥含水率与干密度的曲线关系
图1.3掺6%水泥含水率与干密度的曲线关系
式中：
—混合料的加水量（g）；
—素土质量（g），其含水率为
（%）；
—水泥质量（g），其含水率为
（%）（可忽略不计）；
—所需达到的含水率（%）。
在样本中加入预留的水及特定比例的水泥后充分搅拌，运用压力试验机制作试件，并根据试验具体要求测量其高度（游标卡尺，精确至0.1mm）、重量（电子天平，精确至0.01g），然后将其置于密封的塑料袋中，并加盖潮湿的毛巾将其置于标准养护室中，试件的无侧限抗压强度依照公式
计算。
试件在无侧限抗压强度试验中，得到的数据若有异常，则采取三倍均方差的形式将不符数据剔除，针对于同一组试验数据而言，其变异系数CV小于6%，即有效。经过试验，并对数据进行处理，试验统计数据如下所示。
掺4%水泥实验数据：压实度94%、96%平均抗压强度分别为0.8MPa、0.8MPa。
掺5%水泥实验数据：压实度94%、96%平均抗压强度分别为0.8MPa、0.9MPa。
掺6%水泥实验数据：压实度94%、96%平均抗压强度分别为0.9MPa、1.0MPa。
4结论
试验成果分析如表1.3所示。
表1.3 不同石灰掺量下的最佳含水率、最大干密度及适用范围
参考文献:
[1]赵明纲.石灰改良高液限土机理分析[D].长沙理工大学,2014,29
[2]李林燕.高液限土强度特性及路堑边坡稳定性研究[D].暨南大学,2009,6
[3]车竞.高液限土地区公路路堤修筑技术研究[D].重庆交通大学,2008,37
[4]武明.高液限土填筑路基施工工艺及经济效益分析[J].公路交通技术,2011,41-47
论文作者:熊旭,牛锋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/2
标签：水泥论文; 抗压强度论文; 含水率论文; 样本论文; 密度论文; 水化论文; 数据论文; 《基层建设》2019年第10期论文;