摘要：考虑到不同高液限土土质性能的差异性，以益马高速公路高液限土改良项目为背景，采用砂砾改良处治法进行20%、30%、40%含沙量的高液限土处治技术研究，通过击实试验、CBR试验确定不同含沙量下的高液限土的最佳含水率、最大干密度。研究结果表明：掺砂量为20%时，以最佳含水率为16.8%、最大干密度为1.53g/cm3作为控制指标，可用于路基93区下路堤的填筑；掺砂量为30%时，以最佳含水率为15.6%、最大干密度为1.67g/cm3作为控制指标，可用于路基96区下路床及以下各区路基填筑；掺砂量为40%时，以最佳含水率为14.1%、最大干密度为1.84g/cm3作为控制指标，可用于路基96区下路床及以下各区路基填筑。
关键词：砂砾改良；益马高速；击实试验；CBR值
1、引言
高液限土在我国分布范围较广，现行公路路基施工技术规范要求其不得直接用于填筑路基，需要采取技术措施进行处理，经检验满足设计要求后方可使用。考虑到不同地区高液限土的土质性能指标不同，实际施工中需要考量多种影响因素，因地制宜的进行技术处理，其处治方案的确定依然缺乏普适标准，历经多年发展，使用处治后的高液限土进行填筑路基依然是目前我国公路施工建设中的难点之一。
近年来，湖南地区大力发展高速公路，相关研究者对所在区域内的高液限土填筑等方面进行了分析研究，如研究高液限土处治方法，采用隔水处治，减少浸水对高液限土的影响。益马高速是湖南高速公路网中的重点工程，其所属区域内存在大量的高液限土，主要形成原因是特殊的地理位置与气候条件等，其土质成分、土质特性与周边地区土存在显著的区别，特殊性、局限性明显。该地区的高液限土具有弱膨胀性、透水性差、吸水后保水性强、不适合采用翻晒除水。考虑到施工原因，很难实现对高液限土的现场换填处理，因此，采用改良技术处治该类土成为该类土填筑的重要方法[1]。
在高液限土中掺入砂砾后，可以形成悬浮结构、密实结构、致密结构这三种不同的结构方式，当土体中粗颗粒比例较低时，处于悬浮状态；随着掺入比例的不断提高，粗颗粒的骨架作用越发显著，土体即处于密实状态；通过对高液限土掺入砂砾百分比的研究，使砂砾起到骨架作用，同时水稳性也得以改善。本文基于高液限土处治技术的研究现状，进行益马高速公路的不同高液限土砂砾改良处治技术试验研究，用以获得较为可靠性强的处治方案，从而达到节约工程造价、确保工程质量的实际意义。
2、工程概况
益阳至马迹塘高速公路第二合同段，主要位于桃江县桃江镇内，起于桃江县桃江镇崆峒村K11+178，终于桃江县浮邱山乡西峰寺村K25+600，全长约14.422公里。采用全部控制出入的四车道高速公路标准，计算行车速度采用100km/h，路基标准宽度26m（分离式路基标准宽度为2×13m）。
益马高速公路第二合同段地处湘中偏北、洞庭尾闾。该地属亚热带大陆性季风湿润气候，水热同季而暖湿多雨，严寒期短而暑热期长；春温多变而夏秋多旱；热量充足且雨水集中；气候温暖而四季分明。特别是境内雨水非常充沛，年均降水量处于1041毫米-2255毫米之间，并且时空分布较不均匀。该地域高液限土的大量存在正是由这样的地理位置与气候条件等因素所决定的。
公路沿线在一些低洼的冲沟中普遍分布有一遍厚度1-3m不等的软塑状粉质土，一般呈褐灰色、灰色，局部含配木或有机质，在花岗闪长岩分布的地段，该软土遍分布更加广泛。
该地区的高液限土存在以下三个方面的特性：①该地区高液限土的矿物组分中存在一定量的高岭土，使其具有弱膨胀性；②花岗岩残积而成的高液限土在大雨或暴雨时，土体表层黏土矿物将流失，内部黏土矿物吸水膨胀，土体的粘聚力显著下降而发生崩解，即其具有一定的崩解性；③高液限土中细粒组分多，透水性极差，干时坚硬而不易挖掘，且具有显著的毛细现象，浸水后可长久保持土中水分，以致承载力小且不易压实。
结合施工现场实际情况，可以发现该地区高液限土具有独特的物理力学特征，特别是诸如含水量高、压实性差等对工程建设不利的性质，可以预测，若该地区高液限土被直接用以填筑路堤，极有可能将产生翻浆、难压实、坍塌等一系列病害，且修筑后的路基水稳性极差，无法满足高速公路工程的要求。若采用换方的方法，弃用此地的高液限土，则将造成极大的浪费及工程投资的增加。
3、试验目的和方案
主要针对益马高速公路第二标段中“K18+200”高液限土进行掺入砂砾的实验研究，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。
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K18+200的试验土样进行颗粒分析实验。由颗粒分析可知，K18+200土样粒径低于0.075mm比例在60%附近，碎石与砂砾的含量较低，当砂砾掺入高液限土中时，不同的配比可形成不同的结构，可不同程度地改善高液限土的性能。本次试验通过掺入20%、30%、40%这三种比例的砂砾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，并通过CBR试验检验其是否满足规范要求[2]。
击实试验步骤：1）以“干土法”制作14%、16%、18%、20%、22%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。2）将“焖”好的样本分别掺入5%比例的生石灰，随即进行击实试验。3）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。
CBR试验步骤：）以“干土法”制成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。2）将“焖”好的样本分别掺入5%比例的生石灰，采用路面材料强度实验仪器对样本进行承载比实验。3）处理实验数据，得到不同样本的CBR强度指标[3]。
4、试验结果及成果分析
（1）击实试验
在不同掺砂比例下，K18+200土样颗粒组成变化及击实试验结果如表1所示。
表1 K18+200颗粒大小组成及对应击实试验结果
表2 不同砂砾掺率、不同压实度下的CBR值
由表1可知，掺入20%、30%、40%石灰量后，最佳含水率分别为16.8%、15.6%、14.1%，其最大干密度分别为1.52g/cm3、1.65g/cm3、1.82g/cm3，可为CBR试验提供土样压实度的制备依据。
（2）CBR试验
依据《公路土工试验规程》JTG E40-2015相关规定，并结合表2不同砂砾掺率、不同压实度下的CBR值可知，路基93区下路堤的填筑可采用掺20%砂砾改良的高液限土；路基96区下路床及以下各区路基填筑可采用掺30%石灰改良的高液限土；路基96区下路床及以下各区路基填筑可采用掺40%石灰改良的高液限土。
5、小结
本文主要结论有：掺20%的砂砾，以最佳含水率为16.8%、最大干密度为1.53g/cm3作为控制指标，可用于路基93区下路堤的填筑；掺30%的砂砾以最佳含水率为15.6%、最大干密度为1.67g/cm3作为控制指标，可用于路基96区下路床及以下各区路基填筑；掺40%的砂砾以最佳含水率为14.1%、最大干密度为1.84g/cm3作为控制指标，可用于路基96区下路床及以下各区路基填筑。
参考文献
[1]段凯.高液限黏土的工程性质及其填筑技术研究[D].湖南大学,2013.
[2]李方华.高液限土填料改良的最佳掺砂砾石比试验研究[J].岩土力学,2010,03:785-788.
[3]张燕清,吴立坚,宋常军.高液限土的最大CBR强度与试验方法[J].公路交通科技,2016,33(10):53-59.
作者简介
江瑜，男，汉族，1989年1月生，湖南常德人，本科学历，工程师，在益阳市交通规划勘测设计院从事道路与桥梁设计工作。
论文作者:江瑜1,王刚1
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/12
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