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工程案例

高液限土的改良

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:190次

本文以龍岩雙永高速公路高液限土改良工程為背景,對高液限土中摻砂、水泥、熟石灰以及生石灰等的四種改良方案進行液塑限試驗,擊實試驗以及CBR試驗,從而得到了高液限土通過改良前後的相關試驗數據,通過對這些試驗數據的綜合分析和比較並結合考慮了成本的控製,最終總結出摻6%生石灰為最佳改良方案。

1、 前言 

龍岩雙永高速公路沿線存在著大量的高液限土,受山區土源、工程造價等因素製約將有大量的高液限土需要作為路堤填料使用。這些高液限土物理力學性質差異懸殊、工程特性差,其基本特征是液限高(WL≥50),天然含水率遠遠超過最優含水率、粗細顆粒含量極不均勻等。由於利用高液限、高塑性指數、高天然含水量的土作填料的路基,變形大、穩定性差、施工複雜,容易產生路基病害,已成為公路建設中的一個突出問題。路基作為高速公路主體工程,應具有足夠的強度、穩定性和耐久性,在現行《公路路基設計規範》和《公路路基施工規範》中規定:路基填土應滿足液限不大於50,塑性指數不大於26,含水量W不超過規定,及CBR實測值大於規定值的要求。由於高液限土在此高速公路工程中填數量達上百萬立方米,若把該地的高液限土作為棄土不用,將大量增加工程費用,延長工期,棄土還造成環境的破壞,所以必須想辦法對高液限土進行改良和處理。

目前常用的改良方法,是通過在土中添加石灰、水泥、砂來改變土的物理力學特性的指標,土與添加劑發生化學反應後主要產生兩個方麵的作用:①改變高液限土的粒徑構成,降低塑性指標,增加水穩定性,減小膨脹和收縮變形的能力,改變含水量,適應大型機械的施工;②改變高液限土微觀結構,提高改良土的抗壓強度,變形回彈模量,減小路麵的永久積變形等。本文將以龍岩雙永高速為背景,利用室內一係列的改良試驗對各種改良方案的效果進行分析對比,從而比選出最佳的改良方案。

2、 室內試驗

2.1 高液限土的常規試驗

由於此工程項目的取土場有三處,且每處土樣的性質都差不多都為高液限土,其中K210+550的取土場土方數量最多,最有代表性,因此為了提高改良措施的有效性和可行性,達到保證工程質量、節省造價、保護環境的要求,所以就取此處土樣進行係統的室內試驗,試驗項目主要包括:液塑限、顆分、擊實、CBR(3層98擊)等試驗。

2.2各種摻料和摻量降低土料含水率試驗 

通過含水率試驗得知土料的天然含水大部分都在23%-27%遠高於最優含水率17.5%,碾壓前必須將土料的含水率降低到最優含水率附近才能達到設計要求的壓實效果,但由於工程進度較趕高液限土采用晾曬的方法降低含水率效果並不理想,為此,通過室內試驗研究了摻入不同摻量的砂、水泥、熟石灰和生石灰對降低土料含水率的效果。試驗結果見表2~表5。

從表2---表5中可以看出,各種摻料的試驗結果為土摻入生石灰降低含水率效果最佳,需要說明的是,當摻入生石灰時,土料含水率降低主要由兩部分構成,其中一部分為生石灰消解時吸收土料中的水分引起的,另一部分為生石灰消解時產生的熱量導致土料水分蒸發所引起的。表5中的計算結果隻考慮了生石灰消解所引起的土料含水率降低,室內試驗時摻入生石灰的土料是裝在塑料袋中的,基本沒有水分蒸發,現場實際摻入生石灰燜料時由於生石灰消解產生的熱量導致的水分蒸發將會引起土料含水率降低更多。 

2.3不同摻料配比試驗

為確定不同摻料對高液限土壓實度和承載力的影響,並結合考慮了成本的控製(生石灰、熟石灰、水泥等摻量≤10%,砂摻量≤30%),確定最優改良方案,進行了4種摻料配比(即摻入不同劑量的砂、水泥、熟石灰、生石灰)的擊實試驗、承載比試驗和液塑限試驗,試驗成果匯總見表6

3、試驗成果分析

(1)4種摻料的配比試驗說明摻入適量的改良材料,可以改善高液限土的物理力學性能,提高其承載力。

(2)摻砂改良高液限土後,土的粒徑改變了,其抗壓強度提高了,最大幹密度增加,CBR值顯著提高。同時也能較大地降低土的天然含水率。

(3)用水泥改良高液限土時,水泥、土和水之間發生了多種複雜作用。在水泥的水化作用下,土的孔隙相互交織搭接,凝結成一個整體,逐漸喪失了原有的塑性,使土具有一定的強度和穩定性。試驗證明摻水泥的較大程度提高土料的CBR值,但對最優含水率和最大幹密度影響不大。

(4)用熟石灰改良高液限土時,石灰與土均勻混合後將隨著時間的推移發生一係列的物理化學作用。這些作用的持續發生,改善了土的物理狀,使得細微粒結合水膜變薄,粘土的膠料絮凝。經碾壓後形成石灰土結構的早強強度,後期強度還可持續增長,尤其在後期形成的結構強度相對更大。試驗成果證明,摻熟石灰可在提高土料CBR值,但最大幹密度略有降低。

(5)摻生石灰改良高液限土時,可以看出土料的最大幹密度提高同時CBR值顯著增加。另外,通過各種摻料和摻量下降低土料含水率試驗結果表明,土料中摻入生石灰降低土料的含水率效果最佳,且生石灰改良過程中能放出大量熱加快土料中水分的蒸發,因此生石灰改良土降低天然含水率效果最優。

4、結論

綜上所述四種摻料改良土相對於高液限土液限降低,塑性指數減小,因此四種摻料改良土的路用性能普遍比高液限土好,高液限土的天然含水率普遍比最優含水率大較多,因此高液限土填築最關鍵的問題是含水率的控製,而從各種摻料和摻量下降低土料含水率試驗結果可知,摻砂30%的改良土和摻6%生石灰的改良土相比其它材料能夠更好的減小壓實含水率,而且使改良後高液限土的物理力學性能顯著提高,CBR值滿足≥8的設計要求。但摻砂30%的改良土的改良成本為18元/m3比摻6%生石灰的改良土的改良成本為12元/m3高,所以摻6%生石灰改良高液限土為最佳方案。



 






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