高液限黏良试验及路基沉降控制探讨

摘要：在我国南方多雨地区，高液限黏土是一种常见的不良土质，受水的影响会使土体压缩强度增加，加剧路基沉降，影响路基的稳定性。为了保证公路路基的施工质量，文章首先对高液限黏土进行改良实验，然后根据实验结果对沉降控制措施进行了探讨。

关键词：高液限黏土；改良实验；路基沉降控制；不良土质；公路路基 文献标识码：A

中图分类号：U414 文章编号：1009-2374（2016）25-0111-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.25.054

1 工程概况

某公路工程所经地区水系比较发达，雨水较多，路线很多地方临近河流，有很多的临河路堤或是经过冲积区。受河流季节性涨落及雨水的影响，地下水位产生了比较大的变化。土壤含水量过高，致使高路堤以下地基处在干湿循环的过程中，地基强度也会被软化，产生了比较大的沉降，工程中存在很多高液限黏土等不良土质，增加了换土难度，需要对土体进行改良。

2 高液限黏土的特点

（1）塑限指数比较大，液限高，对水比较敏感，天然含水量高；（2）透水性和固结性差，孔隙比大，需要花费比较长的时间固结；（3）高液限黏土很难压实和破碎，遇到水后强度会急剧下降；（4）具有风化性、多裂隙性、崩解性、胀缩性等特征，施工难度大。

公路工程施工过程中遇到高液限黏土时，受到库区水干湿循环效应的影响，路基强度过低，特别对于一些对水比较敏感的土质，很容易产生比较大的工后沉降和不均匀沉降，破坏路基结构。

3 高液限黏良实验

该公路工程为典型的库区公路，对现场路基含水量进行分析后发现，土中天然含水率为27.5%，为细粒土，液限位55.3%，属于比较典型的高液限黏土。在使用石灰进行改良时，一般会掺入3%～5%的石灰量，随着加入石灰剂量不断增加，土体的稳定性和强度会随之提升。但是当加入的剂量超过范围值后，在空隙中会有很多的石灰以自由灰状态存在，致使石灰土强度降低，为了准确地分析高液限黏土的改良情况，制定了以下改良方案：

3.1 界限含水率实验

使用塑限和液限联合测定法对路基填筑过程中掺入4%石灰、高液限黏土素土、1%T.O.P+2%石灰改性剂溶液改性土进行界限含水率实验。

3.2 击实实验

对收集的掺4%石灰、高液限黏土素土、掺1%T.O.P+2%石灰改性溶液改性土进行击实实验。通常使用普氏击实仪进行试验，先按照不同的含水梯度进行试样的制作，然后按照一定的质量将制备好的试样放到击实筒中击实，每一次都要按照规定的锤数和标准进行施工。根据筒体体积和击实筒中土体质量将不同含水率下实土的击实密度pa计算出来。与此同时，将实土体重含水率w测定出来，并将土体干密度pd计算出来，将干密度计算出来后，在直角坐标上绘制出各点对应的干密度和含水量，曲线的最高值代表最大干密度，对应的含水量就为最优含水量。

3.3 CBR实验

对掺4%石灰、素土、掺1%T.O.P+2%石灰改性溶液改性土进行CBR试验。

CBR实验制作和击实实验方法一致，试件击实后在水中泡四昼夜然后进行贯入试验，在试件试验时，需要在试件顶部放置四个标准荷载板对路基受路面的附加应力状态进行模拟。在贯入实验时，材料承载力越大，贯入杆在试件中贯入深度相同时受到的承载力就越大。材料的CBR值指的是贯入杆贯入5mm或2.5mm时受到单位荷载和标准碎石相同贯入量下标准荷载强度间的比值，并根据该值对路面材料和路基土材料强度特征进行评价。

3.4 耐久性实验

分别使用掺4%石灰、素土、掺1%T.O.P+2%石灰在含水率最优的情况下进行CBR试件的制作，同一个种类的CBR试件分布在水中浸泡四昼夜、八昼夜、十二昼夜、二十昼夜，对CBR衰变的具体规律进行研究，并对比T.O.P改良和石灰改良的耐久性。实验结果如表1所示。

的实验结果可以看出，使用T.O.P（石灰和高油脂乳化沥青混合物）改性剂和石灰进行库区公路路基高液限黏土进行改良具有更好的改良效果，而使用2%石灰+1%T.O.P和4%的改良效果差别并不是很大。

4 路基沉降控制措施

根据库区高液限黏土路基对填筑施工的基本要求，为了保证路基的填筑质量，制定了以下三种改良方案（如表2所示）。

本公路工程所在地区地下水位比较高，并且随着季节的变化水位也会产生比较大的变化，路基土会长期处在干湿循环的环境中，对应高液限黏土来说，干湿循环环境会对其稳定性造成比较大的影响，引起路面病害和路基沉陷。所以此项目在选择高液限黏良方案时，还要对路基的水稳定性进行考虑。

4.1 方案一

使用石灰改良上路床可以有效提高路基路面的整体性，与此同时，为了进一步对路基水文情况进行改善，在库区路段常水位使用砂垫层，不仅可以防止地下水位升高，而且可以对路基水文情况进行改善，提高路基的稳定性；下路床使用素良，可以保证路基强度达到要求，采用这种改良方法不仅技术比较成熟，而且施工成本比较低。

4.2 方案二

使用石灰对上路床进行改良可以全面提升路基整体性；使用石灰改性剂对下路床进行改良，可以保证路基的强度，并且改良剂的封水效果好，可以全面降低高液限黏土膨胀量，减少路基造成的水损坏，保证路基的稳定性，并且后期公路的养护成本相对来说也比较低，但是这种施工工艺较为复杂，改良效果也没有石灰的改良效果好，施工技术相对来说也不成熟。

4.3 方案三

上路床精加工层选择爆破石料，不仅强度可以达到要求，而且成本比较低，受采购材料的限制比较小，可以保证施工进度，是非常不错的施工方案。

通过对上述三个方案进行分析后发现，这三个方案都可以达到路基强度要求，因此在选择施工方案时，重点对比方案的经济性，综合对比后本工程施工方案三进行施工，将石方按照70%～80%、土方按照20%～30%的比例进行掺合后进行填筑施工，填筑过程中先利用推土机初平，然后使用羊足碾碾压两次，使用平地机进行精平，光碾振压三遍、静压一遍。

经计算，如果处理高度为1m3的高液限黏土，使用换爆破石料的单价为167元/m3，掺1%T.O.P改性剂改良单价为70元/m3。本工程高速公路连接线试验路基宽度为22m，路基整正线长度为195m，经过计算后发现，方案一的施工费用为128045元，方案二的施工费用为420645元，方案三的施工费用为453642元。综上所述，本工程上路床使用4%石灰进行改良，提升路基整体性，库区常水位30cm使用爆破石料来对水文情况进行改善，控制地下水位上升，减少路基水损坏，提高路基的稳定性，降低路基沉降以及公路后期的养护成本，下路床使用素土进行改良，保证路基强度可以达到要求。

5 结语

本文以实际工程为例，使用T.O.P改性剂和石灰对高液限黏土进行了室内改良实验，并综合对比了各种不同的改良方案，选择出了综合效益最好的方案一作为路基的改良方案，不仅有效控制了路基的沉降，同时也提升了路基的稳定性，降低了公路后期养护成本，为类似工程施工积累了经验。

参考文献

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[2] 郭抗美，刘春原.高液限黏土作为路基填料的研究

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[3] 兰永红，刘世平，张俊.高液限黏土的物理力学性能

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作者简介：梁武军（1984-），男，陕西渭南人，中交二公局第三工程有限公司工程师，研究方向：路桥施工。