桂北地区掺石灰改良“两高土”试验研究
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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。
中图分类号： TQ177 文献标识码： A
1 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“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；采用灰良可以有效缩短工期，更利于路基压实，保证施工质量。
2 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+ 等, 置换了粘土颗粒表面的N a+ 、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 试验研究
3.1 原样土分析
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%、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。
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
图表3 EDTA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]JTG F10-2006，公路路基施工技术规范．
[2]JTG E40―2007，公路土工试验规程．
[3]JTG E51―2009，公路工程无机结合料稳定材料试验规程．
[4]陈涛, 顾强康, 郭院成．石灰、水泥、粉煤灰改良膨胀土对比试验.公路.2008.
作者介绍
吴晓栋 男 1986.11助理工程师
程林超 男 1985.1 助理工程师