路基填土含水率偏大石灰改良试验研究

来源：职称驿站所属分类：交通运输论文
发布时间：2013-02-01浏览：95次

　　摘要：介绍了当填料含水率偏大又急于施工，掺加石灰怎么控制最佳含量，通过分析和总结，对石灰改良土与含水率关系有了清楚的认识，也可以作为同类工程的参考。

　　关键词：含水率偏大路基无法施工,含水率与石灰掺量的关系

　　一、基本情况

　　1、建安公司项目部承建西安至平凉铁路XPS-1标K1108+000～DK38+600段，位于咸阳至乾县间，地形平坦，土地肥沃，多为种植用地。路基施工时采用黄土填料就近取土，由于取土场含水率非常大，急于施工，为了保证施工质量，项目部在路基施工中对含水率大的土源采用翻铺晾晒、掺白灰改良、取土时在取土场间隔拉槽开挖等措施，但由于时间紧迫翻铺晾晒延误工期，为了按工期完成大部分采取石灰改良，施工技术相对成熟，路基施工中取得的明显效果，确保了工程质量和提高了填筑速率，并按照原计划日达到铺架条件。在施工中取得的明显效果，确保了工程质量。

　　含水率和干密度是影响强度的重要因素。黄土的强度除与土的颗粒组成、矿物成份、黏粒和可溶盐含量等有关外，主要取决于土的含水率和干密度。在土中掺入适量的石灰，吸收土中水分，并在最佳含水量下拌和均匀并压实，使石灰与土之间发生一系列的物理、化学作用，从而使土的性质发生根本变化。这些变化注意分为四个方面，一是离子交换作用; 二是结晶硬化作用;三是火山灰作用;四是碳酸化作用。

　　(1)离子交换作用。土的微小颗粒一般都带有负电荷，表面吸附着一定数量的钠、氢、钾等低价阳离子(Na+、H+ 、K+ )。石灰是一种强电解质，在土中加入石灰，石灰在水中电离出来的钙离子 (Ca2+ )就与土中的钠、氢、钾离子产生离子交换作用。原来的钠、钾变成了钙土，土颗粒表面所吸附的离子由一价变成了二价，减少了土颗粒表面吸附水膜的厚度，使土粒相互之间更为接近，分子引力随着增加，许多单个土粒聚成小团粒，组成一个稳定结构。

　　(2)结晶硬化作用。在石灰中只有一部分熟石灰(Ca(OH)2)进行了离子交换作用，绝大部分饱和Ca(OH)2自行结晶。熟石灰与水作用生成熟石灰结晶网格，其化学反应式为：

　　Ca(0H)2+nH2O=Ca(OH)2·nH2O

　　(3)火山灰作用。熟石灰的游离Ca2+ 与土中的活性SiO2：和氧化铝(Al2O3，)作用生成含水的硅酸钙和铝酸钙，其化学反应式为：

　　xCa(OH)2+SiO2+nH2O=CaO·SiO2·(n+1)H2O

　　xCa(OH)2+Al2O3+nH2O=CaO·Al2O3·(n+1)H20

　　以上形成的熟石灰结晶网格及含水的硅酸钙和铝酸钙结晶都是胶凝物质，它们具有水硬性并能在固体和水两相环境下发生硬化。这些胶凝物质在土微粒团的外围形成一层稳定保护膜，或填充颗粒空隙，而使颗粒间产生结合料，减小空隙与透水性，同时提高密实度。这是石灰土获得强度和水稳定性的基本原因，但这种作用比较缓慢。

　　(4)碳酸化作用。在土中的Ca(OH)2 与空气中的二氧化碳作用，其化学反应式为：Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O，Ca(OH)2是坚硬的结晶体，它和其他已生成的复杂盐类结合起来，从而大大提高了土的强度和整体性。

　　为合理确定路基的施工参数，对12个取土场的土进行取样试验，测取自然含水率指标,由试验结果可知，该12个取土场土的自然含水率数据基本接近，在19～25%之间，与素土最佳含水率12%～14%相差比较大.

　　2、取典型土样进行击实试验，试验击实采用方法重一击实，5层每层25击。单位体积击实功2700kJ/m3，锤重4.5kg,锤底直径51mm，落距457mm。击实筒体积947.4cm3,内径102mm,筒高116mm，含水率测定采用烘干法，电热干燥箱控温105℃~110℃。

　　结果如下：

　　由试验结果可知，该土最大干密度为1.87左右，对应的最优含水率为14.2%左右，由此可见，沿线12个取土场的天然含水率普遍高于最佳含水率，高出幅度约为5～10%。

　　3、土的性质

　　取典型土样进行界限含水率试验，采用液、塑限联合测定法，由图可知该土的液限为28.2%，塑限为17.7%，塑性指数为10.5，故定名为低液限粉质粘土，填料等级为C.是一种较典型的陕西地区黄土土质。

　　二、改良的必要性

　　(一)击实试验

　　1、取典型土样进行击实试验，在击实过程中发现，当土的含水率从最佳的14.3上升3.9%、达到18.2%时，土仍可击实，但干密度下降6.4%，再增大含水量到20%，土样在试筒中翻浆，无法击实，本试验说明该土的成型(不是最佳)存在上限，为18%左右。

　　2、根据《铁路路基施工质量验收标准》〔TB10414-2003〕第5.1.1条和5.1.2条第2款的规定，填料的实际含水率应控制在最佳含水率的-3～+2%以内，否则无法达到设计要求的压实度和地基系数，无法保证施工质量,基于以上，黄土是一种在特殊的地理环境下，第四纪的一种特殊堆积物。以这种特殊土作填料时，应该重视其对水的特殊敏感性，及因水而带来的强度和变形特性，根据工程具体情况，严格控制填筑密实度，控制填筑含水率，采取必要的措施如改良、防水等，确保路基的安全。

　　(二)铁标的规定

　　1、《客货共线铁路工程施工技术指南》(TZ202-2008)第5.2.2条第2款规定：设计时速小于等于160Km的路段，Ⅰ级铁路基床底层应选用A、B组填料或改良土，Ⅱ级铁路可选用A、B、C组填料。当选用C组填料时，在年平均降水量大于500mm的地区，其塑性指数不得大于12液限不得大于32%。第8.3条第3款I 级铁路的基床表层不得采用黄土或黄土改良土作填料。第8.3条第4款基床底层可采用黄土改良土作填料，在年平均降水量大于500mm的地区，其塑性指数大于12液限大于32%时，应采取土质改良或加固措施.

　　2、《铁路路基工程设计规范》(TB10001-2005)第6.2.2条第1款规定：Ⅰ级铁路基床底层应选用A、B组填料，否则应采取土质改良或加固措施。

　　由此可知，C组填料不适合一级铁路基床使用。

　　三、改良试验

　　为了解决高含水填料无法压实的问题，同时满足铁标关于C类土需改良的规定、我们试行了石灰改良试验，结果如下：

　　1、使用现场取回的典型土样(含水量21.8%)，掺用不同剂量的石灰后测取自由含水率，试验结果如下：

　　由此可见，对取自土场中的较高含水率的土，在标准试验条件下，随着石灰掺加比例的增加，土的自由水有规律的下降，说明石灰有效的消耗了原土中的水量，规律是每增大10%，含水率降低2%左右。

　　因此，综合考虑上述情况，既保证充分的降低土的含水率，又保证土的干密度，兼顾二者的平衡，初步确定石灰掺加比例如下：

　　(1)当土的含水率在15%以下时，无需改良;

　　(2)当土的含水率在15~20%时，土：石灰=9:1;

　　(3)当土的含水率在20~25%时，土：石灰=8:2;

　　2、不同比例灰土击实试验结果如下：

　　(1)2:8灰土