專利名稱：路基工程中高液限土的改良方法
技術領域：
本發明涉及一種高液限土的改良方法，具體是指路基工程中高液限土的改良方法。
背景技術：
根據公路土工試驗規程(JTG E40-2007)，液限大于或等于50％的細粒土，統稱為高液限土。高液限土的典型特征，天然含水率高(遠高于最優含水率)、液限高、塑性指數大、顆粒含量變化大。試驗土料中，液限最高值超過80％、塑性指數超過40；細粒含量所占比重最高達85.7％。含水率遠大于最優含水率預示著土層的飽和度較高；液限高、塑性指數大說明土體塑性大，變形能力強，難以壓實；細粒含量高，土體滲透性低，土水勢高，大部分水為吸著水，導致孔隙水難以排出，翻曬降低含水率難度大。用這種土作為路堤填料，給工程施工帶來了很大的困難。根據土的顆粒組成，又可分為高液限粘土、高液限粉土、含粗粒的高液限粘土、含粗粒的高液限粉土。詳見表1。
表1高液限土的劃分 目前國內高液限土的處治方法有以下幾種隔水防護法、改善顆粒級配、直接改善施工工藝、摻入無機結合料、摻入新型化學改良劑。
(1)隔水防護法隔水措施包括設置粒料吸收層、包邊法、包芯法等吸收層。“包芯法”或“包邊法”的核心是要做好砂礫透水層底部以利排水，其后將經過處治辦法處理過的高液限土的含水量，降低至接近最低含水量，然后壓實后作為“芯體”，然后用相對較好的土在路堤兩側填壓而維護好，最后頂部要做好阻水下滲的封閉層，使路基構成一個穩定的具有強度的不受水浸、破壞的整體。但“包芯法”和“包邊法”仍然有一系列的難題①這種結構層的底部及頂部都要進行較為復雜的特別處理，因而需要增加較多的工程費用；②這種方法的致命缺點是工期要大大延長。因為將天然含水量高的高液限上晾曬至接近最佳含水量曠日持久，勢必延長工期，倘若遇到不利的天氣(如陰雨天)，則更是不可想象；③當頂層尚未作好而又遇降雨，則勢必前功盡棄。
(2)改善顆粒級配改善顆粒級配主要是在高液限土中摻砂或砂性土等粗粒料的穩定方法。通過改變土中粗粒組的含量，使粗顆粒在土中產生骨架作用，削弱細顆粒對土的性質的影響。高液限土內粗顆粒組合含量較少，顆粒零星分散，骨架作用不明顯其工程性質主要取決于土粒之間的各種相互作用力，即與土粒本身的結晶格架特征有關。摻砂比例與土顆粒分布有關。實踐表明在砂性粗顆粒豐富的地方，該方法比較經濟，施工簡便，不影響工期。但也存在一些問題①由于需要大量的借調摻配材料，在骨料不豐富的地方成本太高；②不容易拌和均勻。
(3)直接改善施工工藝此方法主要是提高壓實功能、控制碾壓含水量和松鋪厚度。土是由固體顆粒、水和空氣三部分組成的，固體顆粒是土的骨架，路基施工碾壓的主要作用是將土體內的水和空氣排出，顆粒重新排列，相互靠近，小顆粒進入大顆粒的孔隙中，從而達到土壤密實的目的。由于高液限土內的粗顆粒含量少，碾壓主要是排出其中的水分和空氣，但其親水特性使得水和空氣排出較為困難。主要采取方案有①在壓實功能一定的條件下，通過改變含水量來達到預期的壓實效果；②在含水量一定的情況下，通過調節壓實功能達到壓實目的，或者兩個有機結合。而針對這兩種方案，方案①受工期和施工方案的制約，同時也無法保證成型后路基強度和水穩性。方案②從壓實理論可知，在其他條件相同的情況下，通過提高壓實功能的增加越來越慢，在經濟上不合理。若是壓實功能過大，反而會破壞土體結構，產生剪切破壞，降低路基強度。同時，當土的天然含水量過大，路基會產生“彈簧”現象。
(4)摻入無機結合料摻石灰、水泥等固化材料可用于高液限上的處理。無機材料的穩定作用主要在于提高粘結力和降低土中的天然含水量，可以三個方而降低土中的含水量①在土中增加干的細分散材料，使含水量減少；②水泥或石灰發生水化作用，消耗一部分水；③水化過程中放出的熱使一部分水蒸發。
(5)摻入新型化學改良劑目前已應用于高液限土的化學改良劑主要有“康耐”和“NCS”。康耐”和“NCS”可在水中可完全溶解，并在土壤中通過離子交換作用，吸附在土顆粒表而，在土顆粒表而形成油性保護膜，使水分子不能再吸附在土顆粒表而使土的親水性能變成憎水性能；大大減少土的含水易感性和水對土體強度的影響；使土體密實度增加、滲透系數減少；使其不再吸收水分，增強了土體水分子間的結合力；土體的抗剪強度提高，承載力提高，從而達到持久穩定土體的目的。
發明內容
為了克服上述之不足，本發明的目的在于提供一種路基工程中高液限土的改良方法，該方法通過對高液限土的改良，能夠明顯減少高液限土中的含水量，降低液限值和塑性指數，從而提高路基的工程質量。
為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是路基工程中高液限土的改良方法，高液限土包括高液限粘土和含粗粒的高液限粘土，其特征在于對于高液限粘土和含粗粒的高液限粘土的改良方法采用“二次摻灰”的方法進行處治，摻灰比例為第一次摻入3％生石灰進行燜料，第二次摻灰時機為碾壓前摻入2％熟石灰。
所述高液限土還包括粗粒的高液限粉土，對粗粒的高液限粉土的改良，其中，塑性指數大于25的含粗粒的高液限粉土，采用摻5％生石灰的方法進行處治；塑性指數小于25且細粒含量在60％以上的含粗粒高液限粉土，采用摻生石灰和砂進行處治，生石灰摻量為5％，砂的摻量應滿足摻砂后粗粒含量由原來的60％以上降低到55％～60％之間；塑性指數小于25且細粒含量在50％～60％之間的含粗粒高液限粉土，采用摻生石灰進行處治，生石灰摻量為5％。
所述高液限土還包括高液限粉土，對高液限粉土的改良，其中，塑性指數大于25的高液限粉土采用“二次摻灰”的方法進行處治，摻灰比例為第一次摻入3％生石灰進行燜料，第二次摻灰時機為碾壓前摻入2％熟石灰；塑性指數小于25的高液限粉土，采用摻生石灰+砂的方法進行處治。
本發明的有益效果在于上述方法中對于粘土，摻入生石灰的作用在于使土料“砂化”并降低土料的含水率，當摻入生石灰時，高液限土含水率降低主要由兩部分構成，一部分為生石灰消解時吸收高液限土中的水分引起的，另一部分為生石灰消解時產生的熱量導致高液限土水分蒸發所引起的。通過多次實驗證明，摻入生石灰燜料時由于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，相比較傳統的摻料來說，摻入生石灰降低土料的含水率效果最佳；對生石灰的量進行控制的作用在于使高液限土適量“砂化”以利于高液限土的粉碎，摻入生石灰量不宜過高，以免土料過度“砂化”而導致碾壓時難以成型；碾壓前摻熟石灰的主要作用是增加石灰摻量以滿足改良土水穩定性的要求；塑性指數較高的含粗粒的高液限粉土，摻生石灰的主要作用為降低土料的含水率和增強土料的水穩定性；而摻砂的主要作用為砂在土料中形成骨架，碾壓時易于成型。本發明通過對高液限土的改良，能夠明顯減少高液限土中的含水量，降低液限值和塑性指數，從而提高路基的工程質量。
實施例 據實地勘查，廣梧高速公路河口至平臺段沿線多為高液限粘土，該土質中小于0.074mm細顆粒含量≥75％，將該沿線的K2+712～K2+820段試驗路第二層填料采用“二次摻灰”的方法進行處治，摻灰比例為第一次摻入3％生石灰進行燜料，燜料時間為3天，第二次摻灰時機為碾壓前摻入2％熟石灰。為了驗證該工法的可行性，K2+712～K2+820段試驗路第二層填料也采用5％生石灰改良土以形成對比，5％生石灰改良土的最大干密度為1.53g/cm3，最優含水率為26.0％；7％生石灰改良土的最大干密度為1.51g/cm3，最優含水率為26.3％；3％生石灰+2％熟石灰的最大干密度為1.52g/cm3，最優含水率為24.2％。燜料期間填料的含水率變化情況見表2。
表2K2+712～K2+820試驗路第二層填料燜料期間含水率變化情況
該層試驗路18噸振動壓路機碾壓工序為靜壓一遍→大振兩遍→靜壓三遍→檢測壓實度→靜壓三遍→檢測壓實度→靜壓三遍(考慮到18噸壓路機碾壓至6遍到9遍期間壓實度基本沒有增長，最后三遍采用26噸壓路機碾壓)→檢測壓實度(共碾壓12遍)；26噸寶馬振動壓路機碾壓工序為靜壓一遍→振動一遍→靜壓四遍→檢測壓實度→靜壓三遍→檢測壓實度→靜壓三遍→檢測壓實度(共碾壓12遍)。
該層壓實度檢測結果見表3。從表3中可以看出，碾壓時5％生石灰改良土的含水率在24.3％～27.5％之間，與最優含水率的差值為-1.7％～1.5％，含水率控制較好，18噸振動壓路機碾壓9遍加26噸寶馬振動壓路機碾壓3遍時四個檢測點的壓實度分別為85.7％、86.3％、92.0％、87.3％，含水率分別為27.3％、26.7％、24.3％、25.5％，壓實度都低于設計要求的93％；26噸寶馬振動壓路機碾壓到12遍時四個檢測點的壓實度分別為89.1％、86.7％、89.8％、89.8％，含水率分別為26.4％、26.7％、27.1％、27.5％，壓實度都低于設計要求的93％。初步分析可能的原因為生石灰摻量過高，土料“砂化”，土團之間石灰過多，導致土團之間粘聚力降低，碾壓時難以成型。
表3K2+712～K2+820試驗路第二層壓實度檢測結果
碾壓時3％生石灰+2％熟石灰改良土的含水率在25.9％～28.1％之間(見表3)，與最優含水率的差值為1.7％～3.9％，含水率控制較好，18噸振動壓路機碾壓9遍加26噸寶馬振動壓路機碾壓3遍時三個檢測點的壓實度分別為88.7％、90.3％、88.7％，含水率分別為28.0％、27.3％、26.2％，壓實度都低于設計要求的93％；26噸寶馬振動壓路機碾壓到12遍時四個檢測點的壓實度均高于設計要求的93％，壓實度分別為93.0％、96.0％、95.8％、93.9％，含水率分別為26.9％、27.3％、27.8％、27.5％。
實踐表明，5％生石灰改良土壓實度與碾壓遍數及含水率間的關系中，5％生石灰改良土18噸振動壓路機碾壓到6遍到9遍過程中改良土的壓實度基本沒有增長，改用26噸寶馬振動壓路機碾壓加壓3遍后改良土的壓實度也基本沒有增長；26噸寶馬振動壓路機碾壓到6遍到12遍過程中改良土的壓實度增長幅度較小。初步分析可能的原因為生石灰摻量過高，土料“砂化”，土團之間石灰過多，導致土團之間粘聚力降低，碾壓時難以成型。3％生石灰+2％熟石灰改良土壓實度與碾壓遍數及含水率間的關系中，3％生石灰+2％熟石灰改良土18噸振動壓路機碾壓到6遍到9遍過程中改良土的壓實度基本沒有增長，改用26噸寶馬振動壓路機碾壓加壓3遍后改良土的壓實度也基本沒有增長；26噸寶馬振動壓路機碾壓到12遍時所有檢測點的壓實度均高于設計要求的93％。
經過上述實驗，第二層試驗路結果可以得出初步結論如下對于高液限粘土，可以采用“二次摻灰”進行處治，確實能起到良好的作用效果。
權利要求
1.一種路基工程中高液限土的改良方法，高液限土包括高液限粘土和含粗粒的高液限粘土，其特征在于對于高液限粘土和含粗粒的高液限粘土的改良方法采用“二次摻灰”的方法進行處治，摻灰比例為第一次摻入3％生石灰進行燜料，第二次摻灰時機為碾壓前摻入2％熟石灰。
2.根據權利要求1所述的路基工程中高液限土的改良方法，其特征在于所述高液限土還包括粗粒的高液限粉土，對粗粒的高液限粉土的改良，其中，塑性指數大于25的含粗粒的高液限粉土，采用摻5％生石灰的方法進行處治；塑性指數小于25且細粒含量在60％以上的含粗粒高液限粉土，采用摻生石灰和砂進行處治，生石灰摻量為5％，砂的摻量應滿足摻砂后粗粒含量由原來的60％以上降低到55％～60％之間；塑性指數小于25且細粒含量在50％～60％之間的含粗粒高液限粉土，采用摻生石灰進行處治，生石灰摻量為5％。
3.根據權利要求1所述的路基工程中高液限土的改良方法，其特征在于所述高液限土還包括高液限粉土，對高液限粉土的改良，其中，塑性指數大于25的高液限粉土采用“二次摻灰”的方法進行處治，摻灰比例為第一次摻入3％生石灰進行燜料，第二次摻灰時機為碾壓前摻入2％熟石灰；塑性指數小于25的高液限粉土，采用摻生石灰+砂的方法進行處治。
全文摘要
本發明公開了一種路基工程中高液限土的改良方法，對于該粘土以及塑性指數大于25的高液限粉土采用“二次摻灰”的方法，第一次摻入3％生石灰進行燜料，第二次在碾壓前摻入2％熟石灰；塑性指數大于25的含粗粒的高液限粉土，采用摻5％生石灰的方法進行處治；塑性指數小于25且細粒含量在60％以上的含粗粒高液限粉土，采用摻生石灰和砂進行處治，生石灰摻量為5％，摻砂量應滿足摻砂后粗粒含量由原來的60％以上降低到55％～60％之間；塑性指數小于25且細粒含量在50％～60％之間的粗粒高液限粉土，采用摻生石灰進行處治，生石灰摻量為5％。該發明能夠明顯減少高液限土的含水量，降低液限值和塑性指數，從而提高路基的工程質量。
文檔編號E02D3/046GK101768950SQ201010019479
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月19日 優先權日2010年1月19日
發明者方建勤, 楊紅軍, 鄧百洪, 張羽, 康良禎 申請人:廣東省長大公路工程有限公司