1 前言
淮江高速公路是國道主干線同江至三亞、北京至上海的共線段，也是江蘇省“九五”重點建設項目之一。全長153km，全線采用路基寬28m，雙向四車道高速公路標準。在測設過程中，發現沿線分布有膨脹土。膨脹土中含有較多的粘粒及親水性較強的蒙脫石或伊利石等粘土礦物成分，是一種遇水膨脹、強度驟減、失水干縮、堅硬而又常有收縮裂隙的高塑性粘土。用這種土來填筑路堤必須采取防護措施和填土改性，確保高速公路安全運用。
由于膨脹土的液限、塑限和塑性指數較大，壓縮性偏低，在天然含水率的情況下處于較堅硬的狀態，所以易被工程技術人員忽視，但其對工程建設潛在著嚴重的破壞性，膨脹土路堤易產生溜坍、坍塌、滑坡等嚴重事故，還會產生收縮開裂、膨脹、松散、剝落等病害，一旦出現問題，治理難度很大。世界上許多國家遇到過膨脹土的危害問題，據統計，在美國由于膨脹土問題造成的損失，是洪水、風和地震所造成的損失總和的兩倍多。我國有幾條重要鐵路、公路干線也遇到膨脹土引起的工程地質問題。目前處理膨脹土的方法主要是化學改性，如摻石灰、水泥、粉煤灰、氯化鈉、氯化鈣或磷酸等來穩定膨脹土，其中加石灰是最普遍和最有效的方法，其摻灰量應通過物理力學性質、膨脹性、水穩性等試驗來選用最佳配比。因此必須根據淮江線膨脹土的特性，結合必要的試驗，研究合理的處理方案以及在現場施工的適用性，提出填筑技術要求。
2 試驗項目、方法及成果
根據研究要解決的問題，試驗分成三大類，分別為：
(1)取土坑土樣試驗，用以鑒別土樣的脹縮程度，包括液限、塑限、顆粒大小分析，自由膨脹率，粘土礦物成分分析(x射線衍射試驗及差熱分析試驗)。
二個典型土樣試驗成果如表1所示。
淮江高速公路膨脹土取土坑土樣試驗成果表???表1
|
土樣 |
主要 |
界限含水率 |
顆粒分析 |
自由膨脹率 Fs?(％) |
膨脹 |
|||||
|
液限 |
塑限 |
塑 |
0.25 |
0.075 |
＜5 |
＜2 |
||||
|
1 |
蒙脫石 |
55 |
27 |
28 |
2 |
62 |
36 |
27 |
74 |
中等 |
|
2 |
蒙脫石 |
43(55) |
20 |
23 |
1 |
62 |
37 |
29 |
65 |
弱膨 |
注：括號中液限數值是按照《公路土工試驗規程》中的關系式計算的100g圓錐下沉20mm所測的液限。
(2)不同摻灰率壓實試樣的脹縮性及力學性試驗，用以比較不同石灰含量對消除膨脹土脹縮性、改良力學性質的效果，包括重型擊實、膨脹力、無壓膨脹率、有壓膨脹率、線縮率、收縮界限、收縮系數、壓縮系數等，試驗成果如表2所示。摻灰率以生石灰質量與干土質量之比計算。
膨脹土不同摻灰率壓實及脹縮性試驗成果???表2?
|
土 |
石 |
齡 |
重型擊實 |
試 |
膨脹試驗 |
|
|||||
|
最大 |
最 |
自 |
膨 |
無 |
50 |
收 |
收 |
||||
|
1 |
0 |
1 |
1.82 |
16.0 |
1.71 |
74 |
480 |
25 |
2.9 |
9.2 |
0.44 |
|
4 |
1 |
1.77 |
16.0 |
1.66 |
|
12 |
4.9 |
1.61 |
8.6 |
0.17 |
|
|
7 |
1.77 |
16.0 |
1.66 |
|
1.2 |
0.14 |
-1.01 |
6、7 |
0.16 |
||
|
28 |
1.77 |
16.0 |
1.66 |
|
0 |
0.02 |
-0.125 |
5.6 |
0.07 |
||
|
6 |
1 |
1.74 |
16.0 |
1.66 |
|
5.1 |
1.81 |
0.26 |
10.0 |
0.09 |
|
|
7 |
1.74 |
16.0 |
1.66 |
|
0.77 |
0.015 |
-0.59 |
6.5 |
0.12 |
||
|
28 |
1.74 |
16.0 |
1.66 |
|
0 |
-0.01 |
-0.10 |
|
|
||
|
8 |
1 |
1.79 |
16.0 |
1.68 |
|
3.72 |
0.69 |
-0.32 |
10.0 |
0.09 |
|
|
7 |
1.79 |
16.0 |
1.68 |
|
1.24 |
0.05 |
-0.29 |
6.0 |
0.11 |
||
|
28 |
1.79 |
16.0 |
1.68 |
|
0 |
0 |
-0.23 |
|
|
||
|
2 |
0 |
1 |
1.87 |
15.0 |
1.76 |
65 |
106.5 |
22.1 |
1.79 |
9.7 |
0.42 |
|
6 |
1 |
1.81 |
15.0 |
1.70 |
|
13.6 |
6.39 |
0.66 |
10.0 |
0.09 |
|
|
7 |
1.81 |
15.0 |
1.70 |
|
0 |
0.21 |
-0.17 |
7.0 |
0.06 |
||
|
28 |
1.81 |
15.0 |
1.70 |
|
0 |
0.09 |
-0.1 |
|
|
||
按《公路路基設計規范》規定，壓實脹縮總率不得超過0.7%，1號和2號土壓實試樣分別為2.9%和1.79%，摻石灰齡期7d以上都為負值，符合此項規定。
(3)施工路段現場取樣試驗，用以鑒別實際膨脹土路堤的壓實及改性效果，包括壓實密度、含水率、摻灰率以及上一類所述的各種脹縮性試驗、壓縮試驗和無側限抗壓強度試驗。
從施工現場選擇5個不同地點取樣，試驗成果如表3所示。
淮江線現場土樣脹縮性試驗成果表?????表3
|
取樣 |
土樣編號 |
壓實 |
含水 |
壓實 |
膨脹 |
無壓 |
收縮 |
試樣 |
收縮 |
50kpa |
脹縮 |
|
K31+200 |
1-2 |
1．88 |
22．2 |
1．54 |
|
0．16 |
|
|
|
|
|
|
1-4 |
1．95 |
22．2 |
1．63 |
|
|
|
22．2 |
23．2 |
-0.49 |
-0.49 |
|
|
K31+200 |
1-1 |
1．90 |
19．7 |
1．59 |
|
0．315 |
|
|
|
|
|
|
1-3 |
1．93 |
19．7 |
1．61 |
|
|
|
19．7 |
23．2 |
-0.78 |
-0.78 |
|
|
1-5 |
1．88 |
19．7 |
1．57 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1-6 |
1．90 |
19．7 |
1．59 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
K31+660 |
2-1 |
1．96 |
19．9 |
1．63 |
|
0．45 |
0．1 |
|
|
|
|
|
2-2 |
2．00 |
19．9 |
1．67 |
|
|
|
19．9 |
17．2 |
-1.01 |
-0.74 |
|
|
2-3 |
2．01 |
19．9 |
1．68 |
22．6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
K36+600 |
2-5 |
2．02 |
21．3 |
1．67 |
|
2．63 |
|
|
|
|
|
|
2-6 |
1．96 |
21．3 |
1．62 |
|
|
0．1
lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:12.0pt;font-family:
宋體'> |
21．3 |
17．2 |
-1.20 |
-0.79 |
|
|
2-7 |
1．96 |
21．3 |
1．62 |
8．67 |
|
|
|
|
|
|
|
|
K36+630?路中 |
2-9 |
2．00 |
23．0 |
1．63 |
|
0．27 |
|
|
|
|
|
|
lang=EN-US style='font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:7.5pt;font-family:宋體'>2-10 |
1．87 |
23．0 |
1．52 |
|
|
0．1 |
23．0 |
17．2 |
-0.71 |
-0.13 |
|
|
2-11 |
2．03 |
23．0 |
1．65 |
23．8 |
|
|
|
|
|
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3 結論與建議
(1)試驗路段的膨脹土按公路路基設計規范的工程地質分類為中等膨脹土和弱膨脹土，其中弱膨脹土的自由膨脹率已接近中等膨脹土，都應改性處理后方可填筑路堤。
(2)對試驗路段膨脹土以不同摻石灰率按最佳含水率和94%最大干密度壓實制樣的室內試驗結果表明，摻灰率4%以上，齡期7d以上其脹縮總率和無側限抗拉壓強度都已達到規范要求，膨脹力和無壓膨脹率都達到或接近0，壓縮模量增大到3倍以上，浸水飽和后摻石灰的效果更顯著。但現場施工土塊粉碎、石灰存放、拌和以及壓實后養護都達不到室內試驗的條件，根據規范規定采用路拌法施工石灰劑量應比室內試驗確定的劑量多1%，因此摻灰率按干土重計算可取5%。
(3)根據含水率大于最佳含水率3%以不用摻灰率制樣試驗，齡期7d以上脹縮總率和無側限抗壓強度都達到規范要求。由于施工現場取土坑土料的天然含水率較高，降至最佳含水率的難度較大，根據路基施工技術規范可用接近最佳含水率的中等膨脹土填筑路堤，建議路堤碾壓可比最佳含水率大3%，但不宜再增大。
(4)根據施工現場壓實過的試樣試驗，含水率大于最佳含水率3%～7%。2號取土坑附近含水率比最佳含水率大5%～7%，實測摻灰率3.4%，脹縮總率0.24%，雖不超過規范對路床要求的0.7%，但未達到“摻灰處理后的膨脹土脹縮總率接近零為佳”的要求，其膨脹力達66kpa，50kpa壓力下浸水后仍發生膨脹。因為含水率過高，摻灰率不足，可能引發填土收縮變形造成的危害，對此應予重視。
(5)淮江高速公路目前尚未全面開工，本次試驗僅限于先導試驗段，代表性不夠，隨著工程的大規模展開，今后將繼續跟蹤試驗，為膨脹土填筑路堤改性處理提供更完善的實驗依據，同時將不斷改進填筑技術。