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工程案例

高液限土的概況

來源:西安AG亚游集团環保科技有限公司  發布時間:2018-06-20  閱讀量:185次

1、根據《公路工程試驗規程》(JTJ051—93) 有關土的工程分類可知:高液限土是一種細粒土,同時具備3個分類特性:

(1)小於0.074 mm 的顆粒含量大於50% 

(2)液限大於50% 以上

(3)塑性指數大於26


高液限土的工程特性表現為透水性較差,幹時堅硬不易挖掘,不易壓實,並且有較大的可塑性、黏結性和膨脹性,毛細現象也很明顯,浸水後能較長時間保持水分,因而承載力較小,穩定性較差,若將其直接用於填築路堤,會產生路基填土難以壓實、翻漿、邊坡坍塌等一係列不良病害,因此難以滿足公路工程的需要。


《公路路基施工技術規範》(JTJ093-95) 規定:液限大於50% 、塑性指數大於26的土,以及含水率超過規定的土,不得直接作為路基填料,需要用時,必須采取滿足設計要求的技術措施,經檢驗合格後方可使用。但規範對於高液限土應采取何種技術措施並未說明。

   我國地域遼闊,地質、地形條件複雜,高液限土分布很廣泛,尤其是在廣西等南方多雨地區更為多見,這種土液限高(WL﹥50)、塑性指數大(IP﹥26)、漲縮性明顯,在幹燥狀態下強度較高,一旦遇水則迅速軟化,線性膨脹率迅速上升,強度急劇降低,水穩定性極差。現行《公路路基設計規範》和《公路路基施工技術規範》規定液限WL﹥50,塑性指數   IP﹥26的細粒土,不能直接作為路堤填料。在高速公路建設中不可避免的會大量遇到高液限土利用和治理等方麵的問題,若處治措施不當,勢必會留下隱患,日後不可避免地出現一些病害;而若將高液限土作為棄方處理,又會大幅度增加工程造價,破壞生態環境。

從國內研究現狀看,對高液限土的工程應用研究已經取得了許多有益的成果,為類似工程施工提供了參考,但不同地區的高液限土的工程性質有所差別,不能完全照搬已有經驗。重慶至湛江國道主幹線廣西河池(水任)至南寧高速公路起點位於河池(水任)的長好村東側,終於南寧市東郊三岸互通立交,全長236.673km,該項目沿線土方多為高液限土,在工程施工期間業主把該類土的合理利用列入了項目的質量控製重點,因此高液限土的處治成了施工中的一個重要課題,引起了建設者們的高度重視。

   2、液限土的工程特性

高液限土粒徑小,毛細水上升高度大,但速度較慢,土中含有的礦物成分帶有較多的負電荷,親水性強,造成土粒結合水膜厚度較大,而滲透係數較低。這表明高液限土中的水分在正常情況下不易溢出,且不容易壓實。當土體失水時,土體收縮開裂,其開裂程度隨粘粒含量的增加而加大,體現出高液限土的收縮特性。

土的強度由粘聚力和土顆粒間的摩擦力兩部分組成。高液限土的強度主要取決於土的粘聚力,試驗表明,高液限土處於幹燥狀態時稍微具有粘結力,但容易被壓碎;處於浸水狀態時,則容易形成流體狀態,整體穩定性差。高液限土的土質力學特性表現在工程上就是:透水性差,毛細現象顯著,親水性強,浸水後能較長時間保持水分,孔隙率大,幹密度小,幹時堅硬不易挖掘、不易壓實。因此,壓實幹密度越大,其遇水膨脹率也越大,變形大,脫水後幹縮率低,變形小。這類土天然含水量往往是最佳含水量的1. 5倍,其稠度往往也在1.0-1.1之間,不晾曬很難壓實。

3、高液限土填築路基的常見問題

(1)天然含水量過大,難以碾壓達到規定的壓實度,如果壓實功過大會導致土體內部產生剪切破壞。

(2)雨季施工,如排水不及時,易造成車轍、彈簧翻漿,邊坡坍塌等不良病害。

(3)幹縮性大,太陽爆曬易造成表麵開裂,裂縫寬最大超過2cm,降低了路基整體強度。

(4)若施工處理不當,壓實後路基即處於不穩定狀態,吸水後路基發生膨脹,含水量升高,強度降低,在活載和路堤自重作用下,路堤易發生不均勻沉降、橫向位移等災害,導致路麵開裂。

4  高液限土常見的處治措施

高液限土的利用可通過改良土的工程性質,將不良的材料變成技術上可行經濟上合理的路基填築材料,以滿足路基路麵設計對路基強度和穩定性的要求。常見的處治措施有:(1)摻石灰、水泥處治;(2)摻砂石、工業廢渣等材料處治;(3)化學處理辦法;(4)改善施工工藝及包心處治。處治措施的技術經濟比較見表1。

表1  處治措施的技術經濟比較

處治措施

優點

缺點

摻石灰、水泥處治

處治效果好、路基強度高、穩定性好

拌和困難,難以均勻,成本較高

摻砂石、工業廢渣等材料處治

處治方案較好,工期比包心處治短

施工工藝比較複雜,拌合難以均勻,工效低,成本較高

化學處理辦法

處治較徹底,路基強度高、穩定性好

施工工藝複雜,成本較高

改善施工工藝及包心處治

經濟、環保、處治效果較好,具有推廣價值

工期較長,受氣侯製約大,晾曬難度大

5  工程實踐

5.1工程概況

廣西河池(水任)至南寧高速公路某路段,分布有高液限亞粘土和粉土,這類土一般表麵有不超過5m的土質較好的覆蓋層,這類土的工程適宜性即填築路基的適宜程度,必須通過試驗,測定各項物理力學技術指標,分析其工程性質,確定影響壓實度及路基穩定的各種因素,確定較有效的施工工藝及措施。部分試驗結果如表2所示。

表2 高液限土物理指標

樁號

土樣名稱

天然含水量(%)

天然稠度

液塑限試驗

擊實試驗

篩分通過率/%

液限

%

塑限

%

塑指

最佳含

水量%

最大幹密度g/cm3

2

(mm)

0.074

(mm)

K**+230

MH

30.6

0.99

82.3

30.0

52.3

28.1

1.621

93.1

19.0

K**+710

MH

28.4

1.23

56.7

33.7

23.0

22.4

1.602

93.1

10.6

K**+120

CH

23.8

1.616

76.0

43.8

32.3

20.9

1.680

80.4

35.7

K**+195

CH

20.8

1.202

57.7

27.0

30.7

18.2

1.672

90.1

8.5

試驗結果表明:土的液限、塑性指數、含水量檢測值很高,該土有類似膨脹土的性質,飽水後強度明顯降低,易造成路基失穩,爆曬後則開裂且裂縫隨爆曬時間的延長而加大,直接影響路基整體強度。

5.2高液限土填築路基的主要技術措施

5.2.1 基底處理

在受水浸泡或有地下水影響的部位,不能直接用這類土作路堤填料.因為高液限土長期受水浸泡,土體處於飽和含水狀態,就會產生膨脹變軟失去穩定,喪失承載能力。在路基填築前,應認真做好基底水位情況調查,當基底較潮濕時,可換填30-50cm厚的透水性材料,並鋪設一層土工布,填土高度大於6m時,宜鋪設土工格柵加強基底坡腳部位。

5.2.2 土的壓實

   土的相對含水狀態用稠度表示,測定土樣的含水量和液、塑限指標獲得土樣的稠度指標。土樣的可壓實性與稠度的關係詳見表3

表3 可壓實性與稠度的關係

稠度

<0.8

0.8~1.05

1.05~1.15

1.15~1.30

1.30~1.70

分散壓實性

不可分散

晾曬可分散

可輕型壓實

可濕法重型壓實

可幹法重型壓實

一般不可分散的土不能直接使用,必須摻入穩定材料(如石灰)後方可使用,晾曬可分散的土,不能直接碾壓,土的稠度越小,分散越困難,當土膨脹性較大時,應降低稠度至1.15-1.30後方可采用重型壓實。

土的碾壓使土中的空氣率逐漸減少而達到密實,但是過碾會使土中孔隙空氣不能及時排出,空氣受到壓縮,使土中的內壓應力增加導致產生裂縫,破壞了土體的結構,出現“彈簧”現象。高液限土的結構性強,強度不高且有明顯的各向異性,要有效壓實,提高壓實均勻性,必須破壞土團結構,這就要求壓實設備與路基之間有較大的接觸力,采用大噸位振動壓路機才能達到壓實要求,但是這類土強度低,壓縮性高,大噸位壓路機碾壓很容易出現“彈簧”。采用重型凸塊式振動壓路機振動壓實,可解決上述矛盾,凸塊麵積小,接觸應力大大增加,凸塊與土基咬合,不會發生“彈簧”現象,靜壓後凸塊式振動壓路機振動壓實較少遍數即可達到壓實要求,由於土團結構完全被破壞,壓實度均勻性大大提高。土的稠度達到1.1以上確實有困難時,可在稠度為1.01-1.1範圍內壓實。靜壓後,不需要弱振,既可用凸塊式振動壓路機振動壓實,凸塊式振動壓路機振動壓實遍數為4-6遍,壓實度一般可達到輕型壓實標準。

另一種辦法是將壓實層減薄,如每層壓實厚度15-20cm,這也有利於對高含水量土的翻曬和碾壓,壓實機具以輪胎壓路機效果最好,每5層頂再采用重型凸塊式振動壓路機振動壓實。

5.2.3防止路基開裂

路基施工時,各道工序包括運輸、攤鋪、壓實等必須緊密銜接,連續作業,分段完成,可考慮在每天的上午上土,下午攤鋪翻曬,夜間碾壓。碾壓完成後立即進行驗收,符合要求後及時上土覆蓋。有試驗數據表明:路基碾壓完成後,工作麵爆曬超過4h,已開始有細小裂紋,爆曬超過6h,開裂裂縫延長,縫寬變大。長度超過6m,寬度超過5mm的裂縫,對路基的強度和穩定性有較大影響,特別是縱向裂縫危害更大。

5.2.4路床填料要求

路床直接承受汽車荷載的影響,應采用低壓縮性填料,對高液限土路段的挖方路床必須換填處理,換填厚度為80cm,對路床80cm采用土質均勻、密實、強度高的合格土填築,能起到覆蓋、封閉作用,對路基的穩定起到了積極作用。

5.2.5現場施工管理

  施工時,要找出施工機械的最好組合,確保填料的挖運、攤鋪、碾壓等工序連續順暢,做到碾壓成型一層,檢測一層,有條件的可以實行承包人自檢和監理抽檢同時進行,合格後立即轉入下道工序施工,這樣即保證了檢測頻率,又為工程施工節省了時間。

填土不得長時間堆放,稠度符合要求後應及時碾壓,如果攤鋪後24h內還不能壓實時,宜先靜壓,以防雨淋。施工中應保持路基麵有3%以上的排水橫坡,以利排水。挖方路段施工時,必須先開挖作業麵兩側臨時排水溝,設置排水坡度,這樣即起排水作用又可有效果降低水位。施工時還應配備充足的防雨布,以便下雨時覆蓋路基,避免被雨水浸泡。

6 結語

(1)高液限土通常存在最佳含水量,在同一含水量下擊實功同強度不成正比,即擊實功大,強度未必高,要想提高土的穩定強度可從擊實功和含水量上進一步研究,即研究其最佳壓實狀態。

(2)高液限土存在著一種最佳狀態:土的顆粒排列最優,含水量最優,穩定強度最大,膨脹量最小。基於以上原理,可以通過室內試驗確定,並用以指導現場施工。

(3)施工時應對高液限土做好詳細調查,盲目廢棄既浪費資源、汙染環境又增加了投資,應在權衡利弊後再對該土做出利用或廢棄。






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