某高速公路高液限土石灰改良处治技术试验研究论文_刘晶

中机国际工程设计研究院有限责任公司湖南省长沙市 410021

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，同时采用不同石灰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、最大干密度及适用范围。

关键词：高液限土；石灰改良处治；试验研究

1 引言

高液限土在我国具有广泛的分布，然而由于其物理力学性能较差且浸水后不稳定导致高液限土在工程中的应用受限，需要对其进行改良才能作为路基处理。高液限土自身的水分很大程度上影响了其力学性能，干燥下的高液限土承载能力较强，可与其他良性耐用底基层相媲美，但一旦浸水性能将发生显而易见的变化，呈现承载力降低，诸多性能均下降的态势等[1,2]。诸多实例反映高液限土处治不当将带来各种问题，如局部开裂、路基下沉等，甚至在重力作用下发生滑坡、坍塌等工程质量事故。一般的，除了按照设计要求处治外，采用较多的处治是对高液限土进行换填处治，换填处治工作量大，对填筑性质好的土源要求高，容易产生资源过度消耗和浪费。因此，需要对高液限土处治技术进行研究分析，在不换填基础上充分利用高液限土，减少对其他土方的需求，从而达到节约资源的目的，所以有必要对高液限土的改良处治进行试验，本文主要对掺入不同比例的石灰进行试验研究。

2 石灰改良土机理分析

在高液限土中加入生石灰进行搅拌，经过一系列物化反应，前期产生水化反应及离子交换作用，使得土颗粒表层吸附膜的厚度减弱，土颗粒之间汇聚形成整体，后期在凝胶和碳化作用的影响下逐步提升石灰改良土的强度及稳定性。1）水化作用：高液限土富含自由水，在其中加入生石灰后，产生化学反应生成氢氧化钙，土体的PH值将提高且含水量降低。与此同时，加大了土体中的硅酸盐及铝酸盐的溶解度，加速水化反应的进行。此步骤会产生大量游离的Ca2+、OH-离子，为后续的离子交换作用提供了条件。2）离子交换作用：水化作用产生的大量游离的Ca2+、OH-离子与吸附在高液限土表面的阳离子产生交换作用，很好地提升了土颗粒表层的电荷性质，降低了扩散层的厚度，大大减小了土颗粒间的互斥力。与此同时，土颗粒表面的Ca2+与矿物颗粒发生凝聚反应，直接影响了高液限土的内部空隙。2）氢氧化钙结晶：在满足相应的湿度条件下，石灰可以与空气中的CO2发生反应生成碳酸钙。与此同时，氢氧化钙可与水结合产生Ca(OH)2▪nH2O晶体，从而与高液限土颗粒结合产生共晶体，这是加入石灰高液限土后期强度提升的主要原因。4）凝胶反应：改良土中的硅铝矿物与Ca(OH)2产生化学反应，生成水化硅酸钙凝胶及水化铝酸钙等化合物，此类物质以网状薄膜的形式分布在土颗粒的外部，从而不断吸水硬化，使得土体的密实度进一步得到提升。5）碳化作用：空气中的CO2与Ca(OH)2发生化学反应生成CaCO3，并且与此同时可以与其他土颗粒、盐类进行胶结反应，使土颗粒形成整体，从而使得土体强度得到提高。

3 石灰改良处治技术试验研究

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，四季分明而气候温暖，雨水尤其多，年均降水量介于1041毫米-2255毫米间，这样的气候环境及地理环境决定了此地存在了大量的高液限土。

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，不适用此地的高液限土，又会直接导致资源浪费及投资成本的增加。

3.2试验目的和方案

本文主要以在该高速公路中“K10+300”高液限土中加入石灰为实验研究对象旨在达成该路段的高液限土满足路基填料的目标，以此为基础，对最佳的掺料比例、最佳含水率及最大干密度进行探讨。

分别在高液限土中掺入了4%、5%、6%三种比例的生石灰进行改良，由于《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中表明，加入石灰改良后的高液限土仍具可崩解性，我们可以运用CBR指标来确定石灰改良后的强度性能。因此，在确定了改良后的高液限土的最佳密实度及最佳含水量后，应运用CBR指标确定其强度性能，验证其是否合规达标。石灰改良土的实验方法及流程详见表1.1所示。