公路路基水敏性软岩改良土路用性能研究

熊源

摘要 文章以某公路工程为背景，对公路的水敏性软岩开展承载比和回弹模量试验。研究表明，当含水率较低时，击实功的增加能显著提升改良填料的压实度和CBR值，随着含水量的增加影响逐渐削弱。并且改良填料石灰掺入比例的提升可以提高改良填料所对应的最佳含水率。当填料含水率相同时，提升改良填料的压实度能提升其回弹模量，且含水率对改良填料的影响随着其压实度的提升而越小。该工程水敏性软岩最合理的掺灰率为6%。

关键词 公路;水敏性软岩;CBR;回弹模量

中图分类号 U457.2 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）10-0166-03

0 引言

经济建设的飞速发展带动了基础工程的快速发展，公路因其特有的优势得到广泛应用。水敏性软岩具有抗风化能力差、遇水会有泥化现象的特点，导致其强度显著降低。因此，公路使用水敏性软岩土进行填筑易造成边坡失稳、公路不均匀沉降等问题。因此，公路高填方路基水敏性软岩改良土的研究逐渐成为研究热点之一。

针对水敏性软岩的性能问题，众多学者开展了一系列的研究，并取得了显著的成果。吴铭芳和范红叶等[1-2]基于某试验仪器，通过实验手段分析软岩的基本物理特性、矿物组成、内部结构等，获得了软岩软化的微观机制，并且进一步研究了浸水作用下软岩的物理特性。研究表明软岩在浸水后，其强度迅速降低随后缓慢减小直至趋于稳定。刘赟君等[3]以某公路所使用的软岩路基填料为背景，通过试验分析了软岩的击实性能、颗粒级配以及崩解特性等，系统研究了相关敏感参数对使用软岩作为路基填料的公路路基的稳定性影响。王志杰等[4]利用三轴试验仪器，试验分析在干湿循环条件下，不同动荷载作用下泥岩的性能变化，分析了荷载幅值、荷载频率和孔隙等因素对泥岩路基的稳定性影响。

该文以某公路工程为背景，对公路的水敏性软岩开展承载比和回弹模量试验，研究了不同条件对掺灰率、含水率等的影响。

1 工程概况

项目位于我国东部，连接了东部某城市和一较大的海港。港区经济与沿海商贸、旅游发展迅速。项目建成后将成为该城市通往全国的重要疏港公路，将进一步促进社会经济发展，具有举足轻重的作用。项目路线里程长190.016 km，路线走廊总体呈东北向西南走向。该标段起讫桩号为K45+000～K80+000，长35 km。

2 试验方案

将该公路的水敏性软岩在烘箱中进行烘干并碾压，然后将碾碎的土料倒在圆孔筛上，并用振动仪振动筛选。将筛选出的土料加入水制成不同含水率的试件，并在重型击实仪中分别以35次、55次、95次的击实数进行击实。

2.1 承载比特性试验

将试件置于多孔板上，并放置一张滤纸，同时固定试件筒和底板;倒置试件筒并放上顶板，同时加荷载块;安装测量装置以测量浸水膨胀，记下初始读数;缓慢注水直至水面超过试样顶面2.5 cm，静置3天后记下最终读数;将试样取出静置25 min，随后开展贯入试验。

将试件置于强度测量器上，慢慢提升使得试件刚好接触贯入杆;将显示变形和力的计数表清零，并在贯入杆上施加荷载;以1.2 mm/min的速率下压;每隔20 s读出测力表读数为贯入量，当贯入量为10 mm时结束试验。

按照式（1）和（2）计算承载比。贯入量为2.5 mm的承载比记为CBR2.5（%），贯入量为5 mm的承载比记为CBR5（%），p为单位压力（kPa），7 000为贯入量为2.5 mm的标准压力，10 500为贯入量为5 mm的标准压力。

CBR=100p/7 000 （1）

CBR=100p/10 500 （2）

2.2 回弹模量试验

将试件放在材料强度仪上，并完全接触贯入杆;预压力设为最大值，分两次下压，每次1 min，百分表清零。

将压力分为6级，逐级加载，每级加载时长1 min，且记下每级加载完的读数;同样分6级卸载，每级卸载时长1 min，且记下每级卸载完的读数。回弹模量为每级加载卸载后百分表读数的差值。

3 试验结果分析

3.1 承载比特性研究

依据不同填料的掺灰率和含水率，计算其中石灰、水和土的重量，制作成不同比例的水敏性软岩石灰改良填料。图1依据试验结果给出了不同击实数下改良填料的CBR随含水率变化的曲线，并对比了不同掺灰率的工况（击实数为35、55、95，掺灰率分别为2%、4%、6%、8%）。图2给出了CBR峰值隨石灰掺灰率的变化曲线。

从图1中可以看出，在任意击实数和任意含水率下不同掺灰率的石灰改良填料的CBR值均大于规范规定的8%的限制要求，可见，石灰的掺入能有效改良水敏性软岩填料的CBR值。改良填料CBR的变化规律相似：当击实数相同时，改良填料CBR值随着含水率先增大，当含水率达到某一定值时，CBR值达到峰值，随着含水率的进一步增加，CBR值迅速减小。这说明路基填筑施工中，合理提升填料含水率，可以减少浸水后路基填料的吸水能力，从而减少因浸水导致的强度降低。但含水率不能过高，因为过大的提升含水率会造成CBR值减小。

从图2中可以看出，改良填料在98击下的 CBR峰值随着石灰掺灰率先迅速增大，随后增速下降并趋于稳定。改良填料石灰掺入率为2%、4%、6%、8%条件下，对应的CBR峰值分别为53.3%、68.9%、87.6%、91.6%。基于上述试验结果可知，石灰能有效改良该路基填料的CBR，最合理的掺灰率为6%。

3.2 回弹模量研究

在不同的含水率条件下，将四种不同掺灰率的石灰改良填料分别制成压实度为93%、95%、97%的试件，对其开展回填模量试验。图3依据试验结果绘制了不同压实度试件的回弹模量随含水率的变化曲线，并对比了四种掺灰率石灰改良填料工况。从图中可以看出，提升改良填料的压实度会减小土颗粒间孔隙，使得填料更加密实，从而提升改良填料抵抗变形的能力。因此，当填料含水率相同时，提升改良填料的压实度能提升其回弹模量。

分析改良填料掺灰率为6%的工况，当改良填料的压实度为93%时，初始含水率对应的回弹模量为160 kPa，最高含水率对应的回弹模量为127 kPa，较初始含水率降低了20.6%;当改良填料的压实度为95%时，初始含水率对应的回弹模量为168 kPa，最高含水率对应的回弹模量为141 kPa，较初始含水率降低了16.1%;当改良填料的压实度为97%时，初始含水率对应的回弹模量为176 kPa，最高含水率对应的回弹模量为157 kPa，较初始含水率降低了10.8%。可见，含水率对改良填料的影响随着压实度的提升而越小。这表明不仅石灰改良填料的强度显著提升，其水稳定性也显著提升。

根据图3结果绘制不同压实度改良填料初始含水率所对应的回弹模量随掺灰率的变化曲线，见图4。如图所示，回弹模量随改良填料掺灰率的提升先增大后减小，在掺灰率为6%时，回弹模量达到峰值。可以看出石灰能有效改良路基填料的回弹模量，最合理的掺灰率同样为6%。

4 结论

（1）当含水率较低时，击实功的增加能显著提升改良填料的压实度和CBR值，随着含水量的增加，这种影响逐渐削弱。并且改良填料石灰掺入比例的提升可以提高改良填料所对应的最佳含水率。

（2）当填料含水率相同时，提升改良填料的压实度能提升其回弹模量。且含水率对改良填料的影响随着其压实度的提升而越小。

（3）该工程水敏性软岩最合理的掺灰率为6%，能最有效地改良该路基填料的CBR值和回弹模量。

参考文献

[1]吴铭芳. 公路隧道常见渗漏水病害及治理方案研究[J]. 珠江水运， 2016（24）： 66-67.

[2]范红叶. 公路隧道衬砌开裂的整治[J]. 装饰装修天地， 2016（14）： 159.

[3]刘赟君， 谢蒙均， 黄丹， 等. 季节性暴雨后某公路隧道病害及整治[J]. 隧道建设， 2015（5）： 484-490.

[4]王志杰， 徐海岩， 周平， 等. 公路隧道衬砌结构病害整治技术研究[J]. 铁道标准设计， 2017（10）： 125-132.