路基用回填土土质改良方法的对比研究

文/贺文彪 湖南省第四工程有限公司 湖南长沙 410119

1、引言

路基建筑时，采用施工现场的回填土可以降低施工成本，由于回填土中的含水率较高，特别是在湿度较大的地区。含水率较大的回填土使路基存在强度失稳、结构变形等隐患和问题，土体很难被压实，其抗剪强度减小，当路面车辆多次通行后，会由于土体自身以及车辆的载荷使路基不均匀沉降，降低了道路的使用时限[1]。因此对于路基用回填土的土质需要进行改良。

击实改良法是通过增大击实功使土壤中颗粒之间的空隙压缩，颗粒发生重排，进而排出空气，达到提高土壤密实度的目的。石灰改良法采用生石灰作为原料，早期回填土颗粒会在生石灰的作用下凝结，回填土塑性降低，消水效果良好，后期由于生石灰与土中的水发生各种物理化学反应，使得回填土的显微结构发生变化，进而提高了回填土的强度和稳定性[2]。

本文对比分析了两种改良法对路基用回填土干密度和三轴剪切强度的影响，并对两种方法的改良效果进行了对比。

2、实验方法

本文选用干密度和三轴剪切强度作为指标进行改良效果分析。干密度的测量首先需要称取一定量的原土，研磨过筛后在鼓风干燥箱中120℃干燥48h后得到干土；之后按照一定含水量配置土样，当需要含水量为ω的土样时，称取m0g干土，用喷壶在干土中喷洒m0·ωg的水，之后搅拌均匀，在击实实验结束后，按照式1计算干密度：

式1中ρd为干密度，ρ0为湿密度(即湿土质量/湿土体积)，ω为含水率。

三轴剪切强度的检测过程为：首先取原土烘干后研磨过筛，使用制样器，采用五层制样法，每层击实后再进行下层制样；将土样放入无水气缸中抽真空4h，之后注入清水并维持一定的气压，待样品完全浸没于水中后停止抽气，放置12h使土样饱和，之后采用GDS应力路径三轴仪进行三轴剪切强度测试。

3、击实改良法和石灰改良法对回填土土质改良效果的影响分析

3.1 击实改良法和石灰改良法对回填土干密度的影响

路基用回填土的最大干密度随击实功的变化。土壤试样的含水量为15%，采用5层击实法，每层的击实次数为20次、28次、35次、43次、52次和60次时，对应的击实功分别为1998kJ/m3、2512 kJ/m3、3163 kJ/m3、3624 kJ/m3、4209 kJ/m3和4779 kJ/m3。随着击实功的增加，路基用回填土的干密度逐渐增加。增大击实功可以挤压土壤中的水分和空气，土壤间的空隙逐渐减小，因此干密度会增大。但当干密度增大到一定程度后干密度增加缓慢，说明回填土压实到一定程度后，击实法对回填土壤的改良效果逐渐降低。

石灰改良法中石灰含量对土壤干密度的影响。土壤含水量为15%。试样制备时首先将回填土试样进行闷料，24h后加入不同的石灰含量均匀搅拌，制备相应的土样进行测试，随着石灰含量的增加，试样的最大干密度下降，这是由于石灰含量增加，加入的石灰与土壤中的水分发生相应的物理化学反应，生成了密度较小的物质，随着石灰含量的增多，这种反应随之加剧，生成的小密度物质也越来越多，因此密度发生了下降。

3.2 击实改良法和石灰改良法对回填土三轴剪切强度的影响

研究击实改良法对路基用回填土三轴剪切强度的影响时，首先制备不同含水率的试样，分别为15%和20%，试样分为五层，逐层击实，按照95%的压实度称取每层土样，每层的击实次数分别选择30次、35次、40次，对应于不同的击实功。对应条件下制备标准三轴试样进行实验，得到试样偏应力(kPa)和轴向应变之间的关系，取试样的最大偏应力(即最大三轴剪切强度)，列于表1，从表中可以看出，击实功 (对应于击实次数)一定时，试样含水率越小其抗剪强度越大；当含水率一定时，抗剪强度随着击实功的增大而增大，但击实功增大到一定程度后，试样的抗剪强度增大效果不明显。

表1 采用击实改良法得到的路基用回填土的剪切强度(kPa)

研究石灰改良法对回填土剪切强度的影响时，分别制备不同石灰含量的试样，石灰含量分别为2%，4%和6%，每一含量下选择不同的含水率，分别为15%，20%和25%，压实度均为95%，每层击实次数均为40次，得到样品轴向应变和偏应力之间的关系，取偏应力峰值得到改良后回填土的剪切强度，如表2所示，从表2中可以看出，当同一石灰含量下，含水率越小试样的剪切强度越大，当含水率降至15%时，剪切强度最大；当含水率一定时，石灰含量增加，样品的剪切强度增大。总的来说，石灰改良法对路基用回填土三轴剪切强度的影响与石灰含量和含水率有关，石灰含量越多，含水率越小，样品的剪切强度越大。此外，与击实法改良效果相比，相同含水量和击实次数条件下，试样的剪切强度得到了明显的提高。即使当含水率为25%时，石灰含量为6%的试样其剪切强度接近击实法改良的最佳剪切强度。说明石灰法适用于潮湿环境下路基用回填土的改良。

表2 采用石灰改良法得到的路基用回填土的剪切强度

结论：

综上所述，采用击实改良法可以提高回填土的干密度，同时，含水率越低，击实功越大，回填土的剪切强度越大，但击实功不断增大时，回填土土质的改良效果逐渐变差，击实改良法的性价比下降；采用石灰改良法，随着石灰含量增大土体干密度由于新物质的生成密度降低，但剪切强度即使在高含水率条件下依然有所增强，这种方法适用于回填土具有较大湿度时的路基施工。