桂北地区掺石灰改良“两高土”试验研究

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1、桂北地区掺石灰改良“两高土”试验研究摘要：本文结合广西灌凤高速公路，较为详尽地介绍了掺石灰改良“两高土”的试验研究方法，并得出“两高土”最佳含水量、最大干密度及最佳灰剂量范围，可作为桂北地区同类施工参考与借鉴。关键词：掺石灰改良两高土桂北试验研究中图分类号：TQ177文献标识码：A1工程概况广西灌凤项目K38+000～K47+977.265段处于灰岩区，由于高温、湿热的历史气候环境，岩石经风化而形成粘土，大多呈红色，其上有植被；少量呈黄白色，养分较差，多为裸露地貌。其中红粘土液限高、塑性指数大、含水量高；粒料含量少等特征，俗称“

2、两高土”，该类土暴晒时易开裂，雨后强度持续偏低，道路泥泞难行，属于不良土填料。原设计该挖方段为利用方，若灰土处理后填挖基本平衡，如废弃挖方填料换用其他材料，则需要弃方近50万方，以致弃方难以处置，征地、防护等各项费用巨大。通过对灌凤项目挖方段CBR小于3%的的素土进行掺石灰改良，改良土避免外借土造成的水土流失，减少对林地和耕地的占用，节约资源，利于保护耕地；采用灰土改良可以有效缩短工期，更利于路基压实，保证施工质量。62改良机理利用石灰改良“两高土”主要是利用以下四个作用：①离子交换作用：石灰与水反应能带来大量的Ca2+与Mg2

3、+等,置换了粘土颗粒表面的Na+、K+离子,可有效降低膨胀土的胀缩性,并提高土体强度。②絮凝作用：生石灰吸水放热,使土中含水量迅速降低,减薄了胶体颗粒的水膜厚度,同时土颗粒表面的双电层中的阳离子浓度也相应增加,会导致双电层变薄。最终结果是土颗粒间距缩小,产生絮凝作用,使土体中粗粒(与粘粒相比)成分增加。③碳化作用：石灰与空气中的CO2反应,形成一种较弱的钙-碳或镁-碳粘结物质,使土碳化。④胶结作用：石灰与土中大量存在的硅、铝或两者同时作用,形成新的具有较强粘结性的胶结物质。胶结作用对膨胀土强度的提高起决定性作用。灰土试验3试验研

4、究3.1原样土分析6通过对灌凤高速公路K41+597～K41+820挖方段取土分析可知，小于0.075mm的颗粒占83.1%，塑性指数36.0%，液限为68.7%，根据细粒土的分类，属于高液限黏土。此种高液限土透水性较差；干硬时强度高，坚硬不易挖掘，不易压实；毛细现象明显，吸水后能长时间保持水分，故吸水后承载力小、稳定性差；具有较大的可塑性、弱膨胀性和粘性。表1原样土分析试验结果3.2方案拟定针对该土样液限高、塑性指数高、CBR值低等问题，为确保路基填筑质量，对其掺入Ⅱ级钙质石灰进行改良；另为确定最佳灰剂量，拟定2%、4%、6%

5、、8%、10%五种灰剂量进行外掺对比试验，并确定不同灰剂量下的最大干密度、最佳含水量用以指导后续试验路段施工。（石灰掺入率是指石灰质量与干土质量之比）3.3试验对比根据拟定的灰剂量制成不同的试件，然后进行重型击实试验，得到不同掺灰量下灰土的最大干密度、最佳含水量及CBR如下列图表所示。（以K41+680取土坑的土质为例）表2不同掺灰量下最大干密度及最佳含水量明细表图1掺灰剂量与最大干密度关系曲线由表2及图1可看出，随着灰剂量的增加，最大干密度、最佳含水量逐渐降低。6表3不同灰剂量下的CBR均值表图2灰剂量与CBR关系曲线图由图2

6、可看出，CBR随着石灰剂量的增加而提高，但存在一个极限值，即超过此石灰剂量后，土样的CBR值反而会下降，最佳灰剂量应在6%～8%之间。3.3灰剂量测定为方便测定现场灰剂量测定，先配制不同灰剂量的试件，然后通过EDTA滴定试验，绘制EDTA消耗量与石灰剂量关系曲线。通过下列公式进行混合料组成的计算，计算步骤如下：①干混合料质量=湿混合料质量/（1+最佳含水量）②干土质量=干混合料质量/（1+石灰剂量）③干石灰质量=干混合料质量-干土质量④湿土质量=干土质量×（1+土的风干含水量）⑤湿石灰质量=干石灰质量×（1+石灰的风干含水量）按

7、计算的结果配制灰土混合料，通过EDTA滴定法，得到不同灰剂量滴定消耗EDTA量如表4所示，绘制EDTA消耗量与石灰剂量关系曲线如图3所示。表4不同灰剂量滴定消耗EDTA量6图表3EDTA消耗量与石灰剂量关系曲线4结语通过对灌风高速掺灰改良“两高土”实验研究，表明高液限土CBR值并未一直随灰剂量增加而提高，而是存在一个极值，因此在进行同类工程施工时，应先找出最佳掺灰区间，然后进行试验路段的验证，这样既能保证路基填筑质量，又能节省施工成本。另由于随着龄期的增加，石灰稳定土中一部分钙离子已经于土中的矿物发生反应，生成新的化合物，导致游

8、离钙离子减少，用初始的EDTA二钠标准溶液消耗量的标准曲线确定的灰剂量必然下降，故还应做出不同龄期下EDTA二钠标准溶液消耗量的标准曲线。参考文献[1]JTGF10-2006，公路路基施工技术规范．[2]JTGE40―2007，公路土工试验规程．[3]JTGE5