高液塑限软土路基石灰改良特性试验研究

肖哲

（中铁十八局集团 第四工程有限公司 天津 300350）

1 引言

软土在我国滨海、湖、江河中下游等分布广泛，但软土具有承载力差且压缩性高等特点，不能直接用作路基填筑。然而铁路建设中不可避免穿越软土路段，若将其弃置，会占用额外的土地资源和给当地环境带来一定的污染，因此，软土的合理利用和处治是具有重要的意义。

目前，石灰具有降低软土的含水率和板结的特点，因此，石灰改良软土能够取得很好的效果。陈一新等[4]对石灰改良黄土的力学性能的试验进行研究。张义贵等[5]通过试验对石灰改良淤泥质黏土作为路基回填料进行研究，得到石灰改良淤泥质黏土具有强度高和压缩性低的结论。上述研究是针对不同地区的软土进行改良，而不同液塑限软土强度和压缩性改善程度上缺乏系统的研究。因此，不同液塑限软土改良后的力学特性值得进一步研究。

本文以某工程路段不同液塑限软土拌和不同石灰含量来开展改良土样的一系列物理特性试验，得到不同石灰含量与CBR、最大干密度、液塑限、无侧压抗压强度和压缩性的变化规律。以期为铁路路基填筑中软土处治设计提供一定的参考。

2 工程概况

项目参照某铁路工程路基处治工程，开展石灰改良不同液塑限软土性能试验研究。该工程地基土主要由人工填土、冲洪积黏土及淤泥质黏土组成（见图1）。铁路沿线有水塘和水田，软土分布十分广泛。该工程段的软土土样呈流塑～软塑状，其分布厚度为0.2～20.0 m。由于软土的承载力小且压缩性高的特点，无法直接作为路基。因此，项目结合施工现场软土的实际情况，拟采用掺入石灰来改良软土的力学性能，从而用于铁路路基填筑。

图1 施工现场软土

3 石灰改良高液塑限力学性能

3.1 原材料分析

施工现场软土如图1所示，对现场软土土样进行一系列物理指标试验，表1为本项目路段不同液塑限软土的物理力学性质。因为本路段的软土液塑限高，且强度低，因此，不能直接用于路基回填，需要对软土进行改良处治。本试验采用石灰对高液塑限软土进行改良处治，其中石灰的化学成分分析如表2所示。

表1 软土的物理力学性质

表2 生石灰化学成分分析

本试验主要探讨石灰含量对改良不同液塑限软土物理力学性能的影响。试验需要将块状的生石灰黏磨并过2mm筛孔，通过计算不同石灰含量的石灰质量和高液限软土的质量，石灰消解后与高液塑限软土充分拌和，从而配置不同石灰含量的改良土样，如图2所示。

图2 现场软土与生石灰拌和图

3.2 CBR试验及结果分析

本试验拌和五种不同石灰含量（2%、4%、6%、8% 和10%）和三种软土土样（土样1、土样2和土样3）的改良土样进行土的承载比试验（CBR）。由图3可得。石灰含量越大，改良土样的CBR越大，而在同一石灰含量中，土样1的CBR最小，土样3的CBR最大。规范要求路基填土的CBR≥8%为合格，土样1和土样2在石灰含量为8%达到合格，而土样3在石灰含量为6%就满足规范要求。说明石灰能够改良承载力小的软土，且含水率越大的软土达到规范要求需要石灰含量越高。主要原因是石灰能够土体发生化学反应，使土体板结。

图3 不同石灰掺量对CBR影响

3.3 击实试验及结果分析

本试验采用重型击实法对五种不同石灰含量（2%、4%、6%、8% 和10%）和三种软土土样（土样1、土样2和土样3）的改良土样分五层进行击实试验，图4为不同土样下随石灰含量变化的最优含水率与最大干密度关系曲线图。随着含水率的增加和石灰含量的增加，最大干密度先增加后减小，土样1和土样2的最大干密度都是在8%石灰含量下达到最大值，而土样3在石灰含量为6%达到最大值。改良后高液塑限软土的最佳含水率随着石灰含量的增加而增加，而其最大干密度随着石灰含量的增加先增加后减小，说明石灰和软土拌和，石灰能够降低软土的含水率，且天然含水率越大的软土，改良后的最优含水率增加。

图4 不同石灰含量的最大干密度与最优含水率图

3.4 界限含水率试验及结果分析

将五种不同石灰含量和三种土样的改良土样分别按照最优含水率制成压实度为93%的试样，28 d养护后，进行界限含水率试验，液塑限试验结果如图5和图6所示。随着石灰含量的增加，改良后土样的液塑限都下降，但塑限下降的速率更快。土样1的液塑限最大，土样2的液塑限次之，土样3的液塑限最小。说明塑限对石灰含量的敏感性高，而液限对石灰含量的敏感性相对较低。

图5 石灰含量与液限的关系曲线图

图6 石灰含量与塑限的关系曲线图

3.5 单轴压缩试验及结果分析

在路基填筑中，回填土体的抗压强度和压缩变形特性都是重要指标之一，因此，本试验将五种不同石灰含量和三种土样的改良土样分别按照最优含水率制成压实度为93%和96%的试样分别进行单轴压缩试验，从而探讨改良土样的受压强度特性。图7 为不同石灰含量和压实度下的改良高液塑限软土无侧限抗压强度关系曲线图。由图7 可知，随着石灰含量的增加，改良土样的抗压强度越大，土样压实度越高，改良土样的抗压强度越高，土样1 的抗压强度最低，而土样3 的抗压强度最高。说明石灰对软土的抗压强度有显著地改良效果，且压实度对软土的改良效果有增强效应。

图7 石灰含量与无侧限抗压强度的关系曲线图

3.6 压缩试验及结果分析

本试验将五种不同石灰含量和两种土样的改良土样分别进行压缩试验，从而探讨改良土样的压缩变形特性。图8和图9分别为土样1和土样3的不同石灰含量下改良软土e-p曲线图。由图8和图9可知，石灰含量为0%时（素土）压缩性很大，随着石灰含量的增加，改良土样的压缩曲线变得越来越平缓，说明石灰含量的增加使得软土的压缩性变小。这是因为随着石灰含量的增加，石灰与土之间的化学反应变得更加显著，进而使改良高液塑限软土能够更好地板结在一起，并对其土颗粒之间的孔隙进行填充。因此，石灰含量越大，使得改良土样的抗压强度越高，压缩性更低。

图8 土样1不同石灰含量的e-p曲线图

图9 土样3不同石灰含量的e-p曲线图

4 结论

本试验通过做不同石灰含量和液塑限的改良软土的一系列物理特性试验，得出改良土样的物理特性规律如下：

（1）石灰含量能够改良高液塑限软土的承载比，石灰含量越高，改良高液塑限软土土样的承载比越高，高液塑限软土的承载比合格需要石灰含量越高。

（2）高液塑限软土土样随着石灰含量的增加，最优含水率增加，最大干密度先增加后减小，且软土的液塑限越高，改良后的最优含水率和最大干密度越大。

（3）石灰含量能够降低软土的液塑限，且石灰含量对改良软土的塑限影响较大，对改良软土的液限影响较小。

（4）石灰含量对改良高液塑限软土土样的抗压强度和压缩特性影响显著，石灰含量增加，对改良高液塑限软土的压缩特性变低，无侧限抗压强度变大，且压实度越高对抗压强度增加有促进效应。因此，路基工程采用掺入石灰来改良软土可以满足规范设计要求，并且降低工程成本。