某高速公路高液限土路用性能的试验研究（精选3篇）

某高速公路高液限土路用性能的试验研究 第1篇

广梧高速高液限土掺料改良室内试验研究

本文以广梧高速河口至平台段沿线广泛存在的.高液限土为研究背景,研究使用砂、水泥、石灰改良高液限土作为高速公路路基填料的可行性.

作 者：范开敏 吕世明  作者单位：广东省长大公路工程有限公司,广东广州,511430 刊 名：科技创新导报 英文刊名：SCIENCE AND TECHNOLOGY INNOVATION HERALD 年，卷(期)：2009 “”(26) 分类号：U41 关键词：高液限土   路基   土壤改良   试验研究  

加固高液限土的试验研究 第2篇

关键词：高液限土,固化剂,抗压强度

0 引言

土壤固化剂是利用外掺剂对土体进行化学处理,来改变土壤的组成和土体的工程性质,从而提高土体强度,改善土质压实性[1]。目前,用石灰或水泥作为固化剂来加固软土已经得到了非常广泛的应用。但石灰土、水泥土的早期强度低、干缩大、易开裂,并且其性能受土质影响较大,对塑性指数高的粘土、有机土和盐渍土固化效果较差,甚至有时无固化作用[2]。在国外,加固土壤的材料早已由原来单一的使用水泥、石灰、粉煤灰升级到多种材料配比混合,形成了改善和提高土壤工程技术性能的复合材料土壤固化剂。土壤固化剂的发展较快,但却有各自的缺点,仍然需要不断完善。在土体中加入离子型固化剂如ISS,能通过离子交换作用改变土的性质,使之不易开裂;有机聚合物能通过裹覆土颗粒,在其表面产生强大的吸附作用,伸得土壤颗粒集聚固化。因此在保证原有优势的基础上,多种固化剂组合使用,实现优势互补,对土壤固化及的开发有重要的指导作用[3,4]。

1 试验

1.1 试验用土

1.1.1 试验用土的可塑性测定

试验用土取自四川成都某水渠,取样深度为地表以下1.5m。根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057-94)的规定[5],制样前先将土风干,碾碎,过5mm筛,以确保试验用土的均匀性。测得:风干土样最大干密度ρdmax为1.68g/cm3,液限为53.7%,塑限为22.9%,塑性指数为30.8%,最佳含水率ω最佳为23%。

1.1.2 试验用土的矿物组成

图1为试验用土的X射线衍射图谱。X射线衍射线分析表明试验用土的主要矿物组成为石英、伊利石、长石、高岭石、白云母等。

试验用土的塑性指数为30.8,属于高液限粘土。高液限粘土以细粒为主,颗粒比表面积大,且含有大量的高岭石、伊利石。这些粘土矿物的结晶结构主要由硅氧四面体和氢氧化铝八面体两个基本单元组成,在同晶置换和水化解离作用下,硅氧四面体和氢氧化铝八面体中的硅、铝被其他低价离子置换,负电荷过剩。颗粒表面大量负电荷的出现使土粒周围产生一个电场,且热力电位很大。由于静电引力作用,高液限粘土表现出极强的吸附能力,除水化阳离子之外,还有大量水分子向颗粒表面渗透,从而使土粒结合水膜增厚,渗透系数减小。在宏观上,表现为高液限粘土亲水性强,透水性差,土中水分不易被排出,含水量较高时压实困难。

1.2 试验用其他原材料

氧化钙(≥98.0%),P.O-32.5R型水泥,市购。

ISS离子固化剂,棕黑色水溶性溶液,可与水任意比例互溶,最小稀释比1:200,澳大利亚ISS公司生产;丙烯酸,丙烯酸胺,过硫酸钾及其它无机盐等,市购。

1.3 试验方案设计与试验方法[6,7,8]

1.3.1 试样制备

氧化钙或水泥的掺入量为6%、8%、12%、15%,固化剂原料按两种不同比例均匀混合成固化剂A、B。

按以上设计配比制样,分别称量土、氧化钙、水泥等其他外掺剂,按最佳含水率加水搅拌,充分搅拌均匀。选用Φ5050mm的圆柱体试模成型,成型后编号、养护。养护温度为20±2℃,湿度不低于90%。

1.3.2 试验方法

本试验采用WE-100液压万能试验仪。将各种配合比下制成的试件养护到一定的龄期,测定3d,7d,14d,28d的抗压强度值。通过各个试件的抗压强度值,掌握固化土的强度随固化剂配合比、龄期改变的规律。

2 试验结果与分析

2.1 氧化钙含量对固化土抗压强度的影响

在素土中分别加入0%、6%、8%、12%、15%的氧化钙,成型并养护至一定的龄期后测试其抗压强度。实验结果如表1所示。

注:O-素土,H1-CaO6%,H2-CaO8%,H3-CaO12%,H4-CaO15%

Ps:O-prime soils,S1-6%of CaO,S2-8%of CaO,S3-12%of CaO,S4-15%of CaO

从表1可知,试验用土经不同含量氧化钙改良加固后,随着氧化钙含量的增加,龄期的增加,抗压强度也随之增大。含12%和15%氧化钙时,固化土早期强度较高,28天强度也最大。说明氧化钙可以对土壤起到一定程度的加固作用。

2.2 水泥含量对固化土抗压强度的影响

在素土中分别加入0%、6%、8%、12%、15%的P.O-32.5R型水泥,成型并养护至一定的龄期后测试其抗压强度。实验结果如表2所示。

注:O-素土,S1-水泥6%,S2-水泥8%,S3-水泥12%,S4-水泥15%

Ps:O-prime soils,S1-6%of cement,S2-8%of cement,S3-12%of cement,S4-15%of cement

从表2可知,试验用土经不同含量P.O-32.5R型水泥改良加固后,随着水泥含量的增加,抗压强度也普遍增加。当水泥含量达到12%(S3)、15%(S4)后,强度变化不大,而且S3试样的早期强度还略高于S4。因此在本实验条件下水泥掺量为12%较佳。

2.3 氧化钙和P.O-32.5R型水泥对土壤加固效果比较

从表1、表2可知,在素土中分别掺入相同含量的氧化钙或P.O-32.5R型水泥,经氧化钙改良后的加固土强度高于水泥改良后的加固土强度。说明在本试验条件下氧化钙对土壤的加固作用好于P.O-32.5R型水泥。

2.4 固化剂A、B对固化土抗压强度的影响

固化剂A、B为采用丙烯酸、丙烯酰胺、过硫酸钾、ISS离子固化剂及其它无机盐按不同比例配制而成。

用不同含量氧化钙分别和A、B固化剂混合改良加固试验土,以及用不同含量水泥分别和A、B固化剂混合改良加固试验土。即在表1试样H1、H2、H3、H4中分别加入0.4L/m3的固化剂A,编号为HA1、HA2、HA3、HA4;分别加入0.4L/m3的固化剂B,编号为HB1、HB2、HB3、HB4。在表2试样S1、S2、S3、S4中分别加入0.4L/m3的固化剂A,编号为HS1、HS2、HS3、HS4;分别加入0.4L/m3的固化剂B,编号为SB1、SB2、SB3、SB4。成型并养护至一定的龄期后测试其抗压强度。实验结果如表3所示。

由表3可知,用氧化钙或水泥与A、B固化剂一起处理试样土后,试样抗压强度相比素土都有所增强,且随着龄期的增加试样的抗压强度基本上都是呈上升趋势。固化剂A、B对混合固化土强度的影响紧密取决于氧化钙的含量或水泥的含量,同时对早期强度和后期强度的影响具有不一致性。例如,将固化剂A掺入氧化钙固化土,氧化钙或水泥含量为12%时强度最高;将固化剂B掺入氧化钙固化土时,氧化钙含量为15%时强度最高。对于水泥固化土,无论是掺固化剂A还是掺固化剂B,均为水泥含量高时强度高。固化剂B的总体增强效果好于固化剂A。

3 结论

1)高液限土中掺入一定含量的P.O-32.5R型水泥和氧化钙,都能使土体强度增强,而氧化钙的加固作用要比水泥强。

2)在氧化钙固化土或水泥固化土中掺入固化剂A、B,其混合固化土强度紧密取决于氧化钙的含量或水泥的含量,同时对早期强度和后期强度的影响具有不一致性。

3)固化剂A、B的掺入相比水泥土而言,对石灰土的强度提高有更大的作用。

4)固化剂B的增强效果好于固化剂A。

参考文献

[1]沈飞,曹净,曹慧.土壤固化剂的发展现状及其前景展望[J].岩土工程界,2008,11(12).

[2]侯俊涛,王钊,张佳生.土壤固化剂稳定土在道路基层中的应用[J].陕西建筑,2007(12).

[3]王茜,詹中凯,徐丹,等.ISS土壤固化剂的渠道防渗工程脱坡问题的研究[J].东北水利水电,2007,(2).

[4]邵荣兰.低分子量丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的研制[J].陕西化工.2000,6(2).

[5]中华人民共和国交通部.公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTJ057-94)[M].北京:人民交通出版社,1994.

[6]李长志,刘阳思,胡驰.用于四川某地水渠的土壤固化剂研究[J].四川建筑,2007,27(6).

[7]汪益敏,张丽娟,苏卫国等.ISS加固土试验研究[J].公路, 2001,7(7).39-43

某高速公路高液限土路用性能的试验研究 第3篇

关键词：公路路基 高液限土 红粘土 路用性能试验

0 引言

在公路路基填料施工中，由于高液限土含水量高、塑性指数大、成型困难，其压实度难以达到工程设计与质量要求。但是在土源比较简单的情况下，又不得不用这种土进行路基的填料，为了降低成本，确保质量，提高公路路基的强度与稳定性，本文对公路高液限土与红粘土路用性能进行了试验，研究表明经过改性过后的高液限土与红粘土膨胀性显著减弱，液限与塑造指数降低，可以作为公路路基填料，从而确保了公路路基的稳定性与安全性，延长了公路使用寿命，提高了使用性能。

1 公路高液限土的特性与室内试验数据分析

1.1 高液限土的特性与定义 按照公路施工标准与工程现场实际地质条件，对某高速公路A标段与B标段处取得土场土样，并对其含水量、比重、密度、膨胀率、颗粒以及液限与塑性指数等进行了室内试验。根据试验规程可知，往往液限大于50%、颗粒小于0.074mm且含量大于或等于总质量50%特性的土才能称为高液限土。根据表1试验结果表明，两处填土膨胀率分为别26%和21%，属于非膨胀土。根据高液限土塑性分类可知，A和B处土样都属于高液限粉土，其中B处土样液限大于55%，可以判断为红粘土。

1.2 室内试验数据分析 对于公路路基强度与稳定性而言，其指标主要包括不同土质类别以及土的状态决定，主要由含水量和密实度等，土的密实度实质就是压实度。通过对土的状态指标压实度进行控制，而路面材料承载值CBR是土的性质指标，取决于土的压实度与含水量，因此在公路路基施工中，通过对土含水量和压实度的调整，促进CBR的提升直至满足设计和质量要求，从而满足土基强度的标准。那么对路基填筑标准应该综合考虑土基的强度与压实度。

1.2.1 土的压实特性 本实验主要通过重型击实试验，对98击条件下土的干密度设定为最大干密度，重型击实试验结果如表2所示。根据表2，A、B处土样最大干密度为1.70、1.69g/cm-3，最优含水量为20.0%和19.8%。对其含水量和干密度进行曲线分析，最终可以发现曲线比较平缓，最优含水量较高，这就表明土样压实度可以在一个相对宽的含水量范围内达到要求，提高施工含水量控制水平。

1.2.2 土的力学特性 以最优含水量作为制作试件，然后对A/B两处土样进行了承载值CBR试验，接着结合路基设计规范中路基填料最小强度要求，对路面CBR进行了分析。从相关试验来看，两处土样CBR值都满足了上下路堤、下路床最小强度的要求。但是A处土样无法满足上路床以及挖方路基填料上部的最小强度与稳定性要求，需要对其进行改性方可使用。

2 石灰改性高液限土室内试验研究

在对石灰改性高液限土试验之前，需要确定石灰掺和为8%。试验结束后对改性后的A、B土样进行各项物理指标的测定，测试结果如表3所示。A、B两处土样最大干密度比改性前降低了4%，分别为1.64和1.62g/cm-3；最优含水量比改性前提高了9%和17%，改性后分别为21.8%、23.2%。

同样以改性后土样最优含水量作为制作试件，对A、B两处土样进行承载值CBR试验，其试验结果如表4所示。

对表3和表4进行分析，可以发现两处土样改性后其液限塑性指数、承载比、含水量、压实度都有明显的变化。改性后A、B两处土样的液限塑性指数大大下降，塑性指数分别降低27%和76%，液限降低8%和24%；改性后承载值大大提高，分别提高了11.98倍和3.51倍，满足公路路基最小强度与稳定性标准。随着时间的推移，路基必然会吸水，土体膨胀，降低压实度，降低路基强度和稳定性，甚至不能达到路基强度最小要求。那么在同样压实度条件下，对两个含水量不同的土样进行分析，可以发现对含水量高的土样进行压实，相对含水量低的土样而言，其获得的CBR值更高、更稳定，从而具有较好的水稳定性，提高了路基强度和长期可靠性。对于B处红粘土路基施工碾压的含水量，必须在保证压实度的前提下，大于最优含水量最佳。经过对石灰改性后两处土样进行测定分析，可以发现石灰对高液限土工程特性具有较好的改良作用，在含水量规定范围内降低有利于土的压实，石灰与土中的水进行水化或者碳化反应生成的物体，对土样强度和稳定性的提高具有积极的促进作用。随着时间的推移，石灰土的强度和性能还将不断改善，有利于路基的长期稳定性，延长了公路使用寿命，提高了路面使用性能。

3 试验结果的归纳与总结

在相关技术规范中提出，液限大于50%、塑性指数在26%以上以及含水量超过规定的土不能直接作为路基填料。但是部分科技人员认为这条规定并没有考虑到土颗粒特性对土质的影响。对某工程取土样分析，其液限高达80%，塑性指数51%，但是该土样属于粘土质砂，在控制含水量和压实度的前提下，并采取合适的排水措施，该类土样同样可以作为公路路基填料。在公路实际施工中，针对高液限土地区路基，都根据工程的实际情况对其进行了各种处理措施。如对于液限高于70%的土，必须采取换土方法；液限在70%以下的，可以通过翻晒、碾压、排水等综合处理加以利用。通过对公路高液限土与红粘土各项指标进行试验分析，可以得出以下认识：

3.1 两处土样液限与塑性指标较高，在严格控制施工含水量范围，可以使压实度满足设计与质量标准。经过石灰改性后的高液限土，其塑性指标与液限显著下降，含水量的降低有利于土的压实度，CBR提升可以作为公路路基填料。

3.2 A处土样CBR值没有达到上路床与挖方路基上部填料的标准，需要进行改性后才能使用，其他部位施工不需要改性。B土样CBR值满足路基各部位强度与稳定性最小要求，不需要进行改性，采取相关处理措施可以直接作为填料。

4 总结

本文通过对公路施工中高液限土与红粘土地区土样进行试验，试验结果表明，对于某些土样物理指标不符合设计与质量标准的，为了确保路基施工的强度与稳定性，必须对土进行石灰改性，降低其液限、塑性指数、含水量以及膨胀性，提高压实度和CBR值，使其符合作为公路路基填料的各项指标，对公路路面性能改善、提高公路运行稳定性具有深远的意义。

参考文献：

[1]曹为，张锐，刘龙武.海南高液限红黏土直接填筑路堤试验研究[J].公路与汽运，2012，04：145-149.

[2]杨和平，李宏泉.石灰改良处治高液限土的路用特性试验研究[J].公路工程，2013，04：227-229+268.

[3]王健.库区高液限粘土改良试验及路基沉降控制[D].长沙理工大学，2013.