金沙土承载比的试验研究与施工探讨

2018-01-23,

湖南交通科技 2017年4期

(1.桃江县交通运输局，湖南桃江 413400; 2.益阳市交通规划勘测设计院，湖南益阳 413000)

0 引言

金沙土作为路基填筑材料的一种，一般可就地取材，施工简便，其理论试验研究与工程实际价值日益受到关注。目前，土工试验积累了丰富的资料，土工试验技术也日趋完善，但就目前国内外开展的试验内容和方法来看，都还存在不少值得探讨的问题，对金沙土的试验研究报道相对较少。许多国外学者对土的变形特点进行了一系列的试验研究，在试验基础上进行了理论分析，主要研究了土样的膨胀变形与其应力状态初始含水量和密度之间的变化特征。这些试验大部分是基于三轴仪或压缩仪上完成的，所以试件尺寸较小，未能较好地反映土样的实际浸水膨胀特性，本文采用公路工程中最普遍的试验方法之一CBR试验，对湖南桃江县金沙土(S230资阳区杨林坳至桃江高桥公路K20+800)的CBR浸水膨胀特性进行了对比试验研究，得到了承载比(CBR值)与含水率和金沙土之间的变化规律，对工程实际具有一定的参考价值。

1 试验研究

将具有代表性的风干试料(必要时可在50 ℃烘箱内烘干)，用木碾捣碎，尽量不使土或粒料的单个颗粒破碎。土团均应捣碎到5 mm的筛孔。用四分法将选出的试料分成10份，供击实试验和制试件之用。

将试料按重型Ⅱ法和每层击数98进行击实，得出试料的最大干密度和最佳含水率。

将其余试料制备3种干密度试件，每种干密度试件制3个，共9个试件。每层击数分别为30、50和98次，制每个试件时都要取样测定试料的含水率。以此为基础，进行了不同含水率和不同击实度的CBR试验，并详细记录其膨胀过程。

2 试验分析与结果

2.1 土颗粒的组成

试料可通过筛分法来判断土颗粒的颗粒类型，土颗粒分析试验记录表见表1。

试验结果表明，金沙土属于粗粒土。

2.2 最佳含水率和最大干密度

为金沙土承载比强度试验土样的制备提供依据，本试验得到了金沙土最大干密度所对应的最佳含水率，绘制干密度与含水率的关系曲线见图1，曲线上峰值点的纵、横坐标分别为最大干密度和最佳含水率。

从图1中可看出，土的干密度随着含水率的增加先增加后减小。在初始情况，含水率的增加能起到润滑作用，有利于土的相互嵌紧，当水分过多时，土粒间的紧密程度降低，导致土粒与土粒分离，因而土粒的干密度下降。试验结果表明，金沙土的最大干密度为1.953 g/cm3，最佳含水率为 12.1%。

表1 土颗粒分析试验记录表(筛分法)粗筛分析细筛分析孔径/mm留筛土/g小于该孔径土质量/g小于该孔径土质量百分比/%孔径/mm留筛土/g小于该孔径土质量/g小于该孔径土质量百分比/%占总土质量的百分比/%60010001002185．7809．310080．94001000100197．7711．687．971．220010001000．5149．1562．569．556．310010001000．2579．2483．359．748．35599599．50．075228．4254．931．525．52185．7809．380．9

图1 含水率与干密度的关系曲线

2.3 金沙土的承载比

一般采用贯入量为2.5mm时的单位压力与标准压力之比作为材料的承载比(CBR)，CBR2.5=P2.5/7×100%，CBR5.0=P5.0/10.5×100%。如果贯入量为2.5mm的承载比小于贯入量为5 mm的承载比，即CBR2.5

表2 CBR强度试验结果击实次数试件编号CBR2．5/%CBR5．0/%CBR/%CBR平均值/%19．214．414．49827．711．911．914．3310．516．616．644．26．56．55054．26．56．56．664．26．96．972．84．24．23083．95．25．24．793．44．84．8

根据试验结果，以单位压力P为横坐标，贯入量L为纵坐标，绘制P—L关系曲线，击实次数为98、50、30对应的P—L关系曲线如图2所示。

图2 P—L关系曲线

从表2可看出，9组试验数据中的CBR2.5均小于CBR5.0，试验重做仍如此，因此最终结果取同压度下3个试件的平均值，从而得到了对应所需压实度和CBR之间的线性关系(见表3)。

对图2中3组试验数据进行统计和相关线性分析，得到了对应所需压实度的CBR值，其结果见图3和表3。

表3 CBR与标准击实试验对照记录表 %不同压实度(%)时的CBR值平均膨胀量1009896949330击50击98击16 811 26 45 45 03 882 742 51

图3 对应于所需压实度的CBR求取方法

试验结果表明，金沙土适用于路基93、94区以及96区下路基填筑。

3 施工要点

3.1 填料的技术要求

CBR强度、压实度和填料最大粒径要求：采用高液限土填料(金沙土)的CBR强度要求及相关填筑部位的压实度要求如表4所示。

3.2 路堤填筑包边处理

CBR小于3%的高液限土降水后可直接填筑在下路堤的中间部位，路肩0.5～2 m范围内用强度合格的黏性土包边填筑。在毛细水丰富及地下水上涌路段，采用在地表面铺30～40 cm的碎石垫层，为防止地下水的毛细上升作用，在下路堤顶面铺一层两布一膜复合土工膜，膜厚≥3 mm。

实践证明：在无黏性土来源的情况下，可用改良的高液限土做包边处理，包边土的压实度不能降低，高液限土的压实度要大于90%。

表4 干线公路高液限土路基填料最小强度、压实度和最大粒径要求项目分类路面底面以下深度/cm填料最小强度CBR/%压实度/%填料最大径/cm说明上路床 0～30 8(6)96(95)10换用好土或高液限改良土下路床 30～1205(4)96(95)10填方路基上路堤120～1904(3)94(94)15对于高液限土作路堤填料可进行包边隔水处理下路堤190以下3(2)93(92)15 注：①高液限土不得作为干线公路填方段路床0～120cm范围内的填料；②括号内数字适用于二级公路取值。

3.3 路堤质量控制

金沙土有膨胀性，遇水会膨胀变软，导致路基下沉、翻浆以及边坡坍塌。实践证明，路堤应尽量避免雨季施工，宜选择在每年的7、8、9、10月进行。建议设置粒料吸收层以及采用借土包边、包芯等方式，同时还可以配合一些辅助性的土工布、土工格栅等土工合成材料，起到增强强度的作用。如果遇到雨水冲刷极差的情况，为确保边坡稳定，需增设骨架护坡。

针对S230资阳区杨林坳至桃江高桥公路改建工程K11+371～K22+395段全为金沙土的情况，首先通过改善施工工艺的方法，使该段高液限土达到路堤填料要求。若是达不到要求，则采用无机结合料进行改良处置，本文通过对金沙土CBR浸水膨胀特性进行对比试验，得到了承载比(CBR值)与含水率和金沙土之间的变化规律，为研究类似高液限土最佳掺料成分及掺料配合比提供了科学依据。