专利名称：路基工程中高液限土的改良方法
技术领域：
本发明涉及一种高液限土的改良方法，具体是指路基工程中高液限土的改良方法。
背景技术：
根据公路土工试验规程(JTG E40-2007)，液限大于或等于50％的细粒土，统称为高液限土。高液限土的典型特征，天然含水率高(远高于最优含水率)、液限高、塑性指数大、颗粒含量变化大。试验土料中，液限最高值超过80％、塑性指数超过40；细粒含量所占比重最高达85.7％。含水率远大于最优含水率预示着土层的饱和度较高；液限高、塑性指数大说明土体塑性大，变形能力强，难以压实；细粒含量高，土体渗透性低，土水势高，大部分水为吸着水，导致孔隙水难以排出，翻晒降低含水率难度大。用这种土作为路堤填料，给工程施工带来了很大的困难。根据土的颗粒组成，又可分为高液限粘土、高液限粉土、含粗粒的高液限粘土、含粗粒的高液限粉土。详见表1。
表1高液限土的划分 目前国内高液限土的处治方法有以下几种隔水防护法、改善颗粒级配、直接改善施工工艺、掺入无机结合料、掺入新型化学改良剂。
(1)隔水防护法隔水措施包括设置粒料吸收层、包边法、包芯法等吸收层。“包芯法”或“包边法”的核心是要做好砂砾透水层底部以利排水，其后将经过处治办法处理过的高液限土的含水量，降低至接近最低含水量，然后压实后作为“芯体”，然后用相对较好的土在路堤两侧填压而维护好，最后顶部要做好阻水下渗的封闭层，使路基构成一个稳定的具有强度的不受水浸、破坏的整体。但“包芯法”和“包边法”仍然有一系列的难题①这种结构层的底部及顶部都要进行较为复杂的特别处理，因而需要增加较多的工程费用；②这种方法的致命缺点是工期要大大延长。因为将天然含水量高的高液限上晾晒至接近最佳含水量旷日持久，势必延长工期，倘若遇到不利的天气(如阴雨天)，则更是不可想象；③当顶层尚未作好而又遇降雨，则势必前功尽弃。
(2)改善颗粒级配改善颗粒级配主要是在高液限土中掺砂或砂性土等粗粒料的稳定方法。通过改变土中粗粒组的含量，使粗颗粒在土中产生骨架作用，削弱细颗粒对土的性质的影响。高液限土内粗颗粒组合含量较少，颗粒零星分散，骨架作用不明显其工程性质主要取决于土粒之间的各种相互作用力，即与土粒本身的结晶格架特征有关。掺砂比例与土颗粒分布有关。实践表明在砂性粗颗粒丰富的地方，该方法比较经济，施工简便，不影响工期。但也存在一些问题①由于需要大量的借调掺配材料，在骨料不丰富的地方成本太高；②不容易拌和均匀。
(3)直接改善施工工艺此方法主要是提高压实功能、控制碾压含水量和松铺厚度。土是由固体颗粒、水和空气三部分组成的，固体颗粒是土的骨架，路基施工碾压的主要作用是将土体内的水和空气排出，颗粒重新排列，相互靠近，小颗粒进入大颗粒的孔隙中，从而达到土壤密实的目的。由于高液限土内的粗颗粒含量少，碾压主要是排出其中的水分和空气，但其亲水特性使得水和空气排出较为困难。主要采取方案有①在压实功能一定的条件下，通过改变含水量来达到预期的压实效果；②在含水量一定的情况下，通过调节压实功能达到压实目的，或者两个有机结合。而针对这两种方案，方案①受工期和施工方案的制约，同时也无法保证成型后路基强度和水稳性。方案②从压实理论可知，在其他条件相同的情况下，通过提高压实功能的增加越来越慢，在经济上不合理。若是压实功能过大，反而会破坏土体结构，产生剪切破坏，降低路基强度。同时，当土的天然含水量过大，路基会产生“弹簧”现象。
(4)掺入无机结合料掺石灰、水泥等固化材料可用于高液限上的处理。无机材料的稳定作用主要在于提高粘结力和降低土中的天然含水量，可以三个方而降低土中的含水量①在土中增加干的细分散材料，使含水量减少；②水泥或石灰发生水化作用，消耗一部分水；③水化过程中放出的热使一部分水蒸发。
(5)掺入新型化学改良剂目前已应用于高液限土的化学改良剂主要有“康耐”和“NCS”。康耐”和“NCS”可在水中可完全溶解，并在土壤中通过离子交换作用，吸附在土颗粒表而，在土颗粒表而形成油性保护膜，使水分子不能再吸附在土颗粒表而使土的亲水性能变成憎水性能；大大减少土的含水易感性和水对土体强度的影响；使土体密实度增加、渗透系数减少；使其不再吸收水分，增强了土体水分子间的结合力；土体的抗剪强度提高，承载力提高，从而达到持久稳定土体的目的。
发明内容
为了克服上述之不足，本发明的目的在于提供一种路基工程中高液限土的改良方法，该方法通过对高液限土的改良，能够明显减少高液限土中的含水量，降低液限值和塑性指数，从而提高路基的工程质量。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术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，其特征在于对于高液限粘土和含粗粒的高液限粘土的改良方法采用“二次掺灰”的方法进行处治，掺灰比例为第一次掺入3％生石灰进行焖料，第二次掺灰时机为碾压前掺入2％熟石灰。
所述高液限土还包括粗粒的高液限粉土，对粗粒的高液限粉土的改良，其中，塑性指数大于25的含粗粒的高液限粉土，采用掺5％生石灰的方法进行处治；塑性指数小于25且细粒含量在60％以上的含粗粒高液限粉土，采用掺生石灰和砂进行处治，生石灰掺量为5％，砂的掺量应满足掺砂后粗粒含量由原来的60％以上降低到55％～60％之间；塑性指数小于25且细粒含量在50％～60％之间的含粗粒高液限粉土，采用掺生石灰进行处治，生石灰掺量为5％。
所述高液限土还包括高液限粉土，对高液限粉土的改良，其中，塑性指数大于25的高液限粉土采用“二次掺灰”的方法进行处治，掺灰比例为第一次掺入3％生石灰进行焖料，第二次掺灰时机为碾压前掺入2％熟石灰；塑性指数小于25的高液限粉土，采用掺生石灰+砂的方法进行处治。
本发明的有益效果在于上述方法中对于粘土，掺入生石灰的作用在于使土料“砂化”并降低土料的含水率，当掺入生石灰时，高液限土含水率降低主要由两部分构成，一部分为生石灰消解时吸收高液限土中的水分引起的，另一部分为生石灰消解时产生的热量导致高液限土水分蒸发所引起的。通过多次实验证明，掺入生石灰焖料时由于生石灰消解产生的热量导致的水分蒸发将会引起土料含水率降低更多，相比较传统的掺料来说，掺入生石灰降低土料的含水率效果最佳；对生石灰的量进行控制的作用在于使高液限土适量“砂化”以利于高液限土的粉碎，掺入生石灰量不宜过高，以免土料过度“砂化”而导致碾压时难以成型；碾压前掺熟石灰的主要作用是增加石灰掺量以满足改良土水稳定性的要求；塑性指数较高的含粗粒的高液限粉土，掺生石灰的主要作用为降低土料的含水率和增强土料的水稳定性；而掺砂的主要作用为砂在土料中形成骨架，碾压时易于成型。本发明通过对高液限土的改良，能够明显减少高液限土中的含水量，降低液限值和塑性指数，从而提高路基的工程质量。
实施例 据实地勘查，广梧高速公路河口至平台段沿线多为高液限粘土，该土质中小于0.074mm细颗粒含量≥75％，将该沿线的K2+712～K2+820段试验路第二层填料采用“二次掺灰”的方法进行处治，掺灰比例为第一次掺入3％生石灰进行焖料，焖料时间为3天，第二次掺灰时机为碾压前掺入2％熟石灰。为了验证该工法的可行性，K2+712～K2+820段试验路第二层填料也采用5％生石灰改良土以形成对比，5％生石灰改良土的最大干密度为1.53g/cm3，最优含水率为26.0％；7％生石灰改良土的最大干密度为1.51g/cm3，最优含水率为26.3％；3％生石灰+2％熟石灰的最大干密度为1.52g/cm3，最优含水率为24.2％。焖料期间填料的含水率变化情况见表2。
表2K2+712～K2+820试验路第二层填料焖料期间含水率变化情况
该层试验路18吨振动压路机碾压工序为静压一遍→大振两遍→静压三遍→检测压实度→静压三遍→检测压实度→静压三遍(考虑到18吨压路机碾压至6遍到9遍期间压实度基本没有增长，最后三遍采用26吨压路机碾压)→检测压实度(共碾压12遍)；26吨宝马振动压路机碾压工序为静压一遍→振动一遍→静压四遍→检测压实度→静压三遍→检测压实度→静压三遍→检测压实度(共碾压12遍)。
该层压实度检测结果见表3。从表3中可以看出，碾压时5％生石灰改良土的含水率在24.3％～27.5％之间，与最优含水率的差值为-1.7％～1.5％，含水率控制较好，18吨振动压路机碾压9遍加26吨宝马振动压路机碾压3遍时四个检测点的压实度分别为85.7％、86.3％、92.0％、87.3％，含水率分别为27.3％、26.7％、24.3％、25.5％，压实度都低于设计要求的93％；26吨宝马振动压路机碾压到12遍时四个检测点的压实度分别为89.1％、86.7％、89.8％、89.8％，含水率分别为26.4％、26.7％、27.1％、27.5％，压实度都低于设计要求的93％。初步分析可能的原因为生石灰掺量过高，土料“砂化”，土团之间石灰过多，导致土团之间粘聚力降低，碾压时难以成型。
表3K2+712～K2+820试验路第二层压实度检测结果
碾压时3％生石灰+2％熟石灰改良土的含水率在25.9％～28.1％之间(见表3)，与最优含水率的差值为1.7％～3.9％，含水率控制较好，18吨振动压路机碾压9遍加26吨宝马振动压路机碾压3遍时三个检测点的压实度分别为88.7％、90.3％、88.7％，含水率分别为28.0％、27.3％、26.2％，压实度都低于设计要求的93％；26吨宝马振动压路机碾压到12遍时四个检测点的压实度均高于设计要求的93％，压实度分别为93.0％、96.0％、95.8％、93.9％，含水率分别为26.9％、27.3％、27.8％、27.5％。
实践表明，5％生石灰改良土压实度与碾压遍数及含水率间的关系中，5％生石灰改良土18吨振动压路机碾压到6遍到9遍过程中改良土的压实度基本没有增长，改用26吨宝马振动压路机碾压加压3遍后改良土的压实度也基本没有增长；26吨宝马振动压路机碾压到6遍到12遍过程中改良土的压实度增长幅度较小。初步分析可能的原因为生石灰掺量过高，土料“砂化”，土团之间石灰过多，导致土团之间粘聚力降低，碾压时难以成型。3％生石灰+2％熟石灰改良土压实度与碾压遍数及含水率间的关系中，3％生石灰+2％熟石灰改良土18吨振动压路机碾压到6遍到9遍过程中改良土的压实度基本没有增长，改用26吨宝马振动压路机碾压加压3遍后改良土的压实度也基本没有增长；26吨宝马振动压路机碾压到12遍时所有检测点的压实度均高于设计要求的93％。
经过上述实验，第二层试验路结果可以得出初步结论如下对于高液限粘土，可以采用“二次掺灰”进行处治，确实能起到良好的作用效果。
权利要求
1.一种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，其特征在于对于高液限粘土和含粗粒的高液限粘土的改良方法采用“二次掺灰”的方法进行处治，掺灰比例为第一次掺入3％生石灰进行焖料，第二次掺灰时机为碾压前掺入2％熟石灰。
2.根据权利要求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还包括粗粒的高液限粉土，对粗粒的高液限粉土的改良，其中，塑性指数大于25的含粗粒的高液限粉土，采用掺5％生石灰的方法进行处治；塑性指数小于25且细粒含量在60％以上的含粗粒高液限粉土，采用掺生石灰和砂进行处治，生石灰掺量为5％，砂的掺量应满足掺砂后粗粒含量由原来的60％以上降低到55％～60％之间；塑性指数小于25且细粒含量在50％～60％之间的含粗粒高液限粉土，采用掺生石灰进行处治，生石灰掺量为5％。
3.根据权利要求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还包括高液限粉土，对高液限粉土的改良，其中，塑性指数大于25的高液限粉土采用“二次掺灰”的方法进行处治，掺灰比例为第一次掺入3％生石灰进行焖料，第二次掺灰时机为碾压前掺入2％熟石灰；塑性指数小于25的高液限粉土，采用掺生石灰+砂的方法进行处治。
全文摘要
本发明公开了一种路基工程中高液限土的改良方法，对于该粘土以及塑性指数大于25的高液限粉土采用“二次掺灰”的方法，第一次掺入3％生石灰进行焖料，第二次在碾压前掺入2％熟石灰；塑性指数大于25的含粗粒的高液限粉土，采用掺5％生石灰的方法进行处治；塑性指数小于25且细粒含量在60％以上的含粗粒高液限粉土，采用掺生石灰和砂进行处治，生石灰掺量为5％，掺砂量应满足掺砂后粗粒含量由原来的60％以上降低到55％～60％之间；塑性指数小于25且细粒含量在50％～60％之间的粗粒高液限粉土，采用掺生石灰进行处治，生石灰掺量为5％。该发明能够明显减少高液限土的含水量，降低液限值和塑性指数，从而提高路基的工程质量。
文档编号E02D3/046GK101768950SQ201010019479
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者方建勤, 杨红军, 邓百洪, 张羽, 康良祯 申请人:广东省长大公路工程有限公司