改良后的高液限粘土在高速公路施工中的应用漫谈

摘要：高速公路随着社会的发展，其基础建设地位的重要性日益提升。本文通过论述高液限粘土有关知识及为适应施工应用而进行的改良方法，来讨论如何改善高速公路施工中路基填筑用土的性能、提高路基稳定性、保证路基的施工质量。

关键词：高液限粘土；改良；石灰；施工

高速公路的安全建设与投入使用都要求在施工中着重完善施工工艺，提出更精确的施工要点及更切实客观的建议。很多地区在路基施工中会经常遇到一些不良填土现象，主要是高液限粘土的本身特征带来了渗透性及稳定性差等不良影响，最终影响到施工后的路基质量。实践证明，对高液限粘土进行改良，而后作为填料运用到路基施工中，采用合理的施工工艺、合格的粘良物、正确的测定方法，这样才能降低投资，保证工程进程以及施工质量。

一、高液限粘土概述

我国的南方地区多分布着广泛的高液限粘土，此类粘土对水的敏感性特别强，天然含水量较大、液限高、塑性强、水稳定性差，在低含水量的情况下可以达到较高强度，但是因其颗粒微观势能严重不平衡，容易受到地下水、地表水和自然降水的影响，甚至可以从大气中吸收水分。吸收水分后的路基会发生膨胀、密度会减小、强度会急剧下降，土自重与行车荷载会导致工程发生不均匀沉降、横向位移、开裂等病害。所以，高液限粘土的物理学指标无法满足高等级公路路基填料的要求，因此在运用时必须采取一定技术措施使其满足设计要求，经检查合格后才能使用。至此可以表明，研究探讨新的填筑技术与控制指标使得高液限粘土能够直接填筑在路基当中，意义重大。

实践证明，高液限粘土存在一种最佳状态，最佳状态下，其含水量最佳、击室功最佳、稳定强度最大，胀缩量较小，就满足了规范下的最小强度要求。我们需要通过一系列试验，找到高液限粘土满足高速公路路基设计要求的高稳定强度、低胀缩量的最佳状态，合理施工严格把控，保证高液限粘土的最佳状态及长期路用性能。

二、高液限粘良方法研究

1、高液限粘土石灰改良法

石灰改良高液限粘土主要是通过，在高液限粘土中加入石灰作为一种稳定剂，从而改善工程路基填筑用土的性能，提高路基的路床强度及稳定性，最终实现保证、提高路基质量的目标。因高液限粘土具有膨胀性，所以消除高液限粘土的破坏性膨胀是保证高液限粘土施工顺利的关键性环节。由于石灰加入高液限粘土后会发生一系列的物理与化学反应，包括水解、分化、碳酸化、火山灰反应、离子交换和团粒化作用等。这些作用中较重要的是离子交换与凝聚作用、火山灰作用，这一过程会改变高液限粘土的力学性质，高液限粘土结构会不断紧密，强度也逐渐提高，膨胀度得到有力控制。具体来说，是石灰加入粘土中后，大量生石灰水化，胶体产生，覆盖在土颗粒表面，在表面会进行反应将土颗粒胶成团聚体，这时孔隙会增大颗粒表面变得光滑。随时间推移，土颗粒间的胶结会加强，同时会出现新的生成物，从膜中结晶出来形成片状或针状晶体，土颗粒间的柔性连接转化为刚性连接。微结晶的“加筋”作用等于在试验物件上施加了一个水平约束作用力，阻止其产生侧向的膨胀，土体粘聚力显著增强，土粒间若相对移动就需要更大的外力。

在石灰改良高液限粘土的试验中，需要对碳酸钙对高液限粘土的影响进行相应的分析。一定量的石灰水加入粘土，会生成具有可溶性碱的性能的氢氧化钙，它又极容易与空气中的二氧化碳发生反应结合生成碳酸钙晶体，然后结成硬块。在膨胀土中掺拌碳酸钙这种非膨胀性矿物质，这些碳酸钙晶体不管能否形成连续性网状格架，都能提高膨胀土的强度、减小膨胀土的膨胀性。

另外，也应对石灰对土粒表面结合水膜的影响给予关注。土粒结合水膜的厚度变化是能够影响工程性质的主要因素，结合水膜厚，粒间粘结力就会变小，土的抗剪强度低，膨胀性高。反之，结合水膜薄，粒间粘结力就越大，土的抗剪强度就大，膨胀性小。因此可以利用离子交换促使水化膜通过变化来改善性能。膨胀土粒度成分主要以粘土为主，粘土的矿物成分又以蒙脱石及伊利石为主，这些粘土物质之间可以吸收水分子。所以结晶构架活跃、亲水。总之，膨胀土中掺上石灰会使土粒间的结合水膜变薄，强度变高，膨胀性减小，最终能够改善土的工程性质。

最后，土粒与土粒之间的结合形式也受到石灰的影响。高液限粘土掺入一定石灰，反应后生成具有一定可溶性的碳酸钙，碳酸钙遇水后发生分解使得颗粒表面带有正电荷，而一般情况下，土粒表面是带有负电荷的。按照异性电荷相吸原理，相邻的两种带相反电荷的颗粒不需要再通过公共的水化膜的作用，它们之间就能够直接相互吸引继而形成集合体。可以证明，静电引力的作用可以增强土粒间的凝聚力，可以减少粘土矿物质的亲水性，最终使得高液限粘土的膨胀性实现减小。

2、高液限粘土粉煤灰改良法

进行粉煤灰改良试验后，表明经过粉煤灰改良后的高液限粘土塑性指数与液限均有大幅度的下降，但CBR强度的改善并不明显，并且粉煤灰掺量增加，CBR的强度会下降。但粉煤灰的掺量在一定比例时，比如百分之三十五，改良土的塑性指数、液限和CBR强度都有大幅度提高，能够满足筑路的基本需要，这可能是由粉煤渣里的粗颗粒成分导致的。粉煤灰在没有其他的试剂存在的情况下，很难激化它的活性，即便它本身就具有活性，粉煤灰在与高液限粘土发生作用时，水解、分化及离子交换等并不强烈，因此粉煤灰改良高液限粘土的方法并不十分推崇。

3、高液限粘土石灰粉煤灰联合改良法

试验前七天应将试验用的生石灰进行消解，要先将石灰与粉煤灰均匀搅拌，再一起加入高液限粘土，与土干拌均匀，石灰、粉煤灰、土的比例要依据一定规定，而后加水闷料，测算出混合料的最大干密度及最佳含水量后进行CBR试验。试验物件要经过保湿养生和泡水养生，试验结束后烘干、碾碎、闷料后进行液限试验。试验证明，由于石灰能够激活粉煤灰的活性，继而可以发生强大的水解、水化及离子交换和团粒化作用，因此石灰与粉煤灰二者联合对高液限粘土进行改革，可以使各项指标都能大程度的改善，最终使其可作为公路的路基填料。

三、改良后高液限粘土的运用

改良后的高液限粘土在高速公路中的施工，需要严格把关，逐步进行。首先要做好施工准备，这包括施工前的技术交底与施工人员的安全文明施工的相应培训；包括控制石灰土压实质量的标准击实试验，确定土的击实标准；包括在施工前对路槽进行严格的验收、准备好下承层；包括合理备料，运用的石灰土必须符合要求，且施工前要有较长的时间进行土场挖运、储备、晒晾等过程。其次，要按照每平米的松土量及每车运土量标注出卸土位置，进行铺土工作，还要经常进行合理翻晒。第三，高液限粘土翻晒后会结块，要使用合适型号的拖拉机进行破碎土块。继而使用压路机碾压松土，保证备灰工作的运行。第四，采用振动式压路机和三轮静态压路机配合完成碾压工作。最后，成型当日进行检验，检验不合格要求要采取措施予以处理。

结语：

有关人员对进行高液限粘土进行改良持否定态度，认为大大增加了路基建设的支出，但其在适当增加投资的情况下换来了紧缩工期、高效实施路基填土工程的优势。本文相关论述对高液限粘土路基施工有一定借鉴作用，但在具体改良施工时应根据具体情况进行相应调整。

参考文献：

[1]凌旭初，张成龙，毛菊良.土质路基的压实度标准的实践与强度评定.华东公路，2008（4）

[2]向文俊，牛宏斌，施接锋，等.宁淮高速公路改良膨胀土压实特性研究[J].河海大学学报（自然科学版），2008（4）

[3]颜文雄.高液限土路基填料在漳龙高速公路的应用[J].福建建设科技，2009（5）