1、 试试试试试试试试试试试试试试试试试试验验验验验验验验验验验验验验验验验验研研研研研研研研研研研研研研研研研研究究究究究究究究究究究究究究究究究究文章编号:1009-9441(2023)01-0014-04生石灰改良低液限黏土压实特性试验研究 赵旭东1,张天彪2,杜世富1,张泽1(1.中铁七局第三工程有限公司,陕西 西安710000;2.东北大学 资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110004)摘 要:以吉林省长春市双阳区低液限黏土为研究对象,通过室内击实试验研究了不同石灰掺入比对改良低液限黏土最大干密度和最优含水率的影响。试验结果表明:随着生石灰掺入比的增加,最优含水率呈现增大的趋势,对应的最
2、大干密度呈现减小的趋势;通过一元二次方程对击实含水率进行拟合发现,随着石灰掺入比的增加,改良土达到 96%压实度所需的施工含水率范围出现明显增大的趋势,石灰掺入量从 3%增加到 9%,施工含水率的范围相对于原状土增加了30.2%108.1%,方便工程沿线填土的利用。关键词:低液限黏土;生石灰改良;击实试验;施工含水率中图分类号:U 414.01 文献标识码:A引言近年来,随着我国公路基础建设的发展,对道路的性能要求也与日俱增。路基作为公路的重要持力层结构,路基的强度和耐久性将直接影响整条公路的使用性能。在工程沿线不可避免地会遇到不良地质,在砂石材料匮乏的地区,如果采用砂石填料对不良土质进行换填
3、,这将大幅度提高工程造价,同时废弃土料也会占用新的土地,不符合当前绿色发展的需求。近年随着高速公路和高速铁路的大量修筑,采用石灰改良土作为路基填料的处置方法应运而生。梁乃兴等1通过试验研究和理论分析的方法,提出了最佳石灰掺量的概念。边加敏等2通过向膨胀土中加入石灰,发现石灰加固土强度与掺灰比和施工含水率的关系均与击实曲线类似,即存在最优掺灰比。朱福3向松嫩平原地区的粉质黏土中加入石灰,通过冻融试验确定了适合当地粉质黏土的最佳石灰掺入比范围。1 长双公路细粒土基本性质以连接长春市主城区与双阳区的一级公路长双阳公路为研究对象,工程沿线可作为路基填筑材料的岩土以低液限黏土为主,含水率较高,压实后易变
4、成“弹簧土”,且遇水稳定性差,直接用作路基填筑不能满足工程要求。现场选取代表性土样,根据JTG 34302020公路土工试验规程4确定路基土的定名以及对其物理力学性质指标进行测试。1.1 液塑限试验试验采用 LP-100D 数显式土壤液塑限联合测定仪如图 1 所示。选取代表性风干土样,在研磨钵中研磨后过 0.5 mm 孔筛,将研磨后的土样分成3 份,加入不同体积的水,配制含水率分别在液限(a点)、略大于塑限(c 点)以及二者之间(b 点)的试验土样,充分拌和后放入密封袋中充分浸润 24 h 后进行试验,试验结果见表 1。图 1 液塑限联合测定仪表 1 界限含水率试验数据锥入深度/mm含水率/%
5、22.9540.9817.0535.328.331.0541Research&Application of Building Materials基金项目:中央高校基本科研业务费项目(N180104013)。DOI:10.13923/14-1291/tu.2023.01.017 将试验结果点绘在-h 坐标中,如图 2 所示。分别连接 ab 和 ac 两条直线,再由 a 点含水率,通过JTG 34302020 中液限 L与塑限入土深度 hP关系曲线图 T0118-3 查得细粒土 hP值,为 2.954 9 mm,将 2.954 9 带入 ab、ac 中得到两个含水率取平均值,设为 d 点,再与 a
6、 点连成直线 ad,锥入深度 h 为20 mm 对应的含水率即为液限 L,由 L通过 JTG 34302020 中液限 L与塑限入土深度 hP关系曲线图 T0118-3 查得新的 hP值,为 3.040 4 mm,代入直线 ad,即为塑限 P。图 2 锥入深度与含水率关系根据锥入深度与含水率关系曲线可知,双阳地区的路基土填料锥入深度为 20 mm 时,液限含水率为 38.99%,hP为 3.040 4 时,塑 限 含 水 率 为27.48%,塑 性 指 数 为 11.51。按 照 JTG 343020204中 3.4 的方法,将该土样命名为低液限黏土,代号为 CL。1.2 比重试验试验采用 5
7、0 ml 比重瓶,向瓶中装入 12 g 左右烘干土,向比重瓶中注入 30 ml 左右的蒸馏水,浸泡24 h 后,再煮沸 30 min,放置至室温,用蒸馏水将比重瓶注满,盖上瓶塞,使瓶中多余的水分从瓶塞的毛细管中溢出,擦干瓶外溢水,称量瓶、水和土总质量,再立即测量瓶内悬液温度,根据测得的温度,查找对应的瓶和水总质量。根据式(1)计算得该土样比重为 2.74。GS=mSm1+mS-m2 Gwt(1)1.3 标准击实试验试验采用-1 重型击实方法,见表 2,击实筒如图 3 所示。取代表性风干土样过 5 mm 孔筛,设定 5 组不同含水率,使其按照 1%3%递增,充分拌和均匀后放入密封袋闷料 12 h
8、。将土料分 5 次均匀倒入筒中,每层用击实锤击实 27 次,试件成型后,用电动脱模仪挤出并称重,从试样中心取土测其含水率。试 验 测 得 该 低 液 限 黏 土 最 优 含 水 率 为14.97%,对应的最大干密度为 1.81 gcm-3。击实曲线如图 4 所示。表 2 击实方法种类试验方法类别锤直径/cm锤质量/kg落高/cm试筒尺寸高度/cm内径/cm体积/cm3层数每层击数/次平均击实功/J重型-154.54512.7109975272.687图 3 击实筒图 4 原状土击实曲线1.4 颗粒级配试验试验采用 TM-85 型甲种土壤密度计对土样的颗粒级配进行分析试验。向三角烧瓶中倒入烘干土
9、30 g 并注入蒸馏水 200 ml,浸泡 24 h 后,加入0.083 mol L-1六偏磷酸钠溶液 15 ml 对土样进行分散处理,并加热煮沸 40 min。待上部悬液冷却后过0.075 mm 孔筛,并注入 1 000 ml 量筒中,杯中剩余土样细心研磨后加水注入 0.075 mm 孔筛,注入量筒,反复洗筛,直至筛中仅剩 0.075 mm 以上的颗粒,将其烘干后称量。向量筒中加入蒸馏水定容至1 000 ml,用搅拌器在量筒内搅拌 60 s,上下各30 次,取出搅拌器,放入密度计,开动秒表,在指定时间间隔读取密度计读数,同时测量悬液温度,试验结果见表 3 和表 4。51建材技术与应用 1/2
10、023表 3 土样粒径分析结果粒径/mm0.0750.049 70.023 20.010 10.007 20.006 00.005 30.003 60.002 37%后,最优含水率增长曲线变缓;随着生石灰掺入量的增加,最大干密度在逐渐减小。同时,随着石灰掺入比的增加,最优含水率的增长曲线在逐渐变缓,说明在路基工程施工中,不能一味地提高生石灰掺量,应根据试验数据,寻找最优生石灰掺量范围。图 6 石灰掺量与改良低液限黏土的最大干密度和最优含水率关系在试验过程中发现,未掺加生石灰的低液限黏土不易压实,塑性较大;加入生石灰后,拌和过程中土粒聚集成团,砂化现象明显,在压力作用下更易粉碎,塑性降低,从而改
11、变了土体的压实特性,如图 7所示。图 7 石灰改良后黏土砂化团聚状态不同石灰掺入比的击实曲线如图 8 所示。从图中可以看出,石灰改良土的击实曲线比原状土的更加平坦,也就是说,在控制相同施工压实度的前提下,石灰改良土的施工含水率范围比原状土的施工61Research&Application of Building Materials含水率范围更宽广。图 8 石灰改良土击实曲线不同石灰掺入比下干密度和含水率的试验数据见表 6,采用一元二次方程 d=a2+b=c 对表中数据进行拟合。以施工要求的 96%压实度为控制目标,对不同石灰掺入比的改良土的施工含水率求解。首先将最大干密度代入 K=d/dmax
12、,令 K=0.96,求出 d,再将其代入拟合方程,求取对应的施工含水率范围。拟合方程结果和 96%压实度控制下的施工含水率参见表 6。由表可知,随着石灰掺入比的增加,96%压实度对应的施工含水率范围整体呈现出增大的趋势。在石灰掺入比为 3%9%的范围内,石灰改良土的可压实含水率范围比原状土增加了 30.2%108.1%,改良效果显著。表 6 击实试验数据与拟合方程系数及施工含水率计算范围石灰掺入比/%干密度/g cm-3与对应含水率/%abcR2施工含水率/%01.7611.7861.8151.7951.77611.39212.42614.98217.02017.981-0.004 200.1
13、25 760.873 430.997 7310.719.331.7741.7871.7911.7851.76512.24513.99815.70617.27519.346-0.001 680.051 681.392 210.999 378.921.951.7521.7671.7551.7381.71412.89114.67218.01519.11520.523-0.002 210.068 581.235 060.997 079.921.171.7401.7541.7621.7541.73512.03613.67015.89417.47519.735-0.001 570.049 091.376
14、180.990 718.922.391.7241.7411.7361.7311.70711.20015.72317.39119.56821.779-0.000 870.027 201.528 090.973 346.724.63 结论3.1 通过室内试验发现,该地区路基填土为低液限黏土,天然含水率在 17%28%,粉粒黏粒占比高,吸水性明显,直接用作路基填土不能满足工程所需的 96%压实度,用作公路填土时需对其进行改良。3.2 向该低液限黏土中加入生石灰后,随着石灰掺入比的增大,最优含水率呈现增大趋势,最大干密度呈现减小的趋势。拌和过程中,土样砂化聚集成团呈现散粒状,粘性变低,改变了土样的击实
15、特性,更易压实。3.3 对石灰改良土击实曲线采用一元二次方程进行拟合,随着石灰掺入比的增加,改良土达到工程所需 96%压实度的施工含水率范围出现明显增大的趋势,石灰掺入比从 0 增加至 9%,施工含水率范围最大增加了 108.1%,方便工程沿线含水率较低或较高填土的使用。参考文献:1 梁乃兴,张登良.石灰加固土原理的研究J.西安公路学院学报,1984,2(4):115-143.2 边加敏,蒋玲,王保田.石灰土强度与最优施工含水率关系研究J.地下空间与工程学报,2013,9(4):865-870.3 朱福.松嫩平原季冻区低路堤石灰土加固机理及应用研究D.长春:吉林大学,2016.4 JTG 34
16、302020,公路土工试验规程S.北京:人民交通出版社,2021.5 JTG E512009,公路工程无机结合料稳定材料试验规程S.北京:人民交通出版社,2009.Experimental Study on Compaction Characteristics of Low Liquid Limit Clay Improved by QuicklimeZHAO Xu-dong1,ZHANG Tian-biao2,DU Shi-fu1,ZHANG Ze1(1.The Third Engineering Co.,LTD of China Railway Seventh Group,Xian,Shaanxi,710000,China;2.School of Resources and Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang,Liaoning,110004,China)Abstract:Taking the low liquid limit clay in Shuangyang District of Changchun,Jilin
