中交路桥华北工程有限公司北京市101149
摘要：鹤壁地区广泛存在的弱膨胀土，结合设计给出路床采用6%石灰土进行改良，旨在通过掺灰改善其路用性能。通过系统的进行改良指标试验，提出用于指导本项目进行石灰土剂量的最佳剂量及允许偏差范围，降低不利影响参数的指标值，达到降本增效的目的。为其他类似工程提供参考依据。
关键词：弱膨胀土；掺石灰；改良
1工程概况
新增省道225改建工程，路线全长16.719公里。线路范围内广泛存在弱膨胀土，土体路用性能欠佳，主线需处理的弱膨胀土总量预计为22.3万立方米。通过改良处理能够加快工程进度，缩短工期，大大减少土方调运量及弃方量。
为保证路基稳定、提高路基承载力，本着节约土地资源、节能环保的原则对弱膨胀土采用石灰进行改良处治。本项目拟采用掺熟石灰的方案处理弱膨胀土，借本项目施工条件，通过试验研究不同剂量掺石灰土的性能，其合理的波动范围。
2试验依据
（1）《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTGE51—2009）；
（2）《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）；
（3）《公路土工试验规程》（JTJE40-2007）；
（4）《新增省道225安平线南水北调桥至水泥厂段改建工程两阶段施工图设计文件》。
3试验过程
（1）取弱膨胀土进行性能指标试验，对土样进行类别划分。
（2）通过以往工程经验拟定采用素土及2%、4%、6%、8%、10%五个不同灰剂量进行液塑限试验，根据塑性指数和液限与掺灰量的关系曲线确定其改良性能的程度。
（3）检测各种灰剂量条件下的自由膨胀率，绘制自由膨胀率与灰剂量的关系曲线。
（4）通过击实试验，确定各灰剂量的石灰土的最大干密度和最佳含水率。
（5）在各灰剂量的最佳含水率条件下，进行CBR试件的成型，浸水4昼夜进行CBR试验。
（6）根据以上几种参数与灰剂量的关系曲线和工程经济性原则确定最小的灰剂量及其允许的波动范围。
4试验结果
4.1原样土分析
现场取土应多点取样混合后作为一个土样，首先必须通过试验及目测正确识别膨胀土与非膨胀土，并结合工程性质的特点，划分土体类别，然后采取切实有效的方法进行处理。对于膨胀土的判别与分类，按照现场定性与室内简易定量指标相结合的方式辨别，液限大于或等于40和自由膨胀率大于或等于40的黏土可判断为膨胀土。膨胀土根据其自由膨胀率Fs可分为强、中、弱三级，即弱膨胀土：40≤Fs<65；中等膨胀土：65≤Fs<90；强膨胀土Fs≥90。
经过取土试验确定：原土总体呈现黄、灰白色，颗粒细，自由膨胀率为52，液限为44.3%，塑性指数为17.1，可判断设计取土场确实为弱膨胀土。按照设计要求对此土场土样掺石灰进行试验研究。
图4.1-1鹤壁地区弱膨胀土外观
4.2土样试验
不同石灰剂量的土各项检测指标见下表：
表4.2-1不同剂量的灰土试验参数
4.2.1液塑限指标的影响
土样不同掺灰量进行联合液塑限试验，按照土工试验规程T0118-2007试验要求，采用100g试椎试验。首先对土样用橡皮锤碾碎，过0.5mm方孔筛，然后按照石灰剂量掺拌均匀后加入不同数量的蒸馏水闷料，使土样的含水率大致控制在a点的锥入深度为20±0.2mm，c点控制在5mm以下，b点控制在5-20mm之间。在双对数坐标图中查出塑限wp，液限wl取值按照细粒土采用双曲线确定。塑性指数，以此方法确定不同掺灰条件下的液限、塑性指数。
图4.2-1掺灰量与液限的关系
图4.2-2掺灰量与塑性指数的关系
由图4.2-1和4.2-2可看出，液限及塑性指数随着石灰剂量的增加而减小，由试验数据可看出液限降至40%以下最小灰剂量为3%，同时塑性指数降为15.8。掺石灰改良能够明显降低液限和塑性指数。
4.2.2自由膨胀率的影响
自由膨胀率是鉴定土体吸水膨胀性的重要指标。试验按照T0124-1993进行。自由膨胀率，其中V表示土样在量筒中膨胀稳定后的
体积，V0表示干土自由堆积体积。其不同灰剂量对土体自由膨胀率的影响关系曲线见下图。
图4.2-3掺灰量与自由膨胀率的关系
由图4.2-3可看出，自由膨胀率随着石灰剂量的增加而减小，由试验数据可看出自由膨胀率降至40%以下的最小灰剂量为3.9%。
4.2.3CBR值与灰剂量的关系
土体的CBR是材料强度的重要指标，采用贯入2.5mm所对应的单位压力与标准压力的比值表示，用于96区填筑的填料CBR要求≥8%。通过不同灰剂量的土体进行CBR试验，其关系见下图。
图4.2-4掺灰量与CBR的关系
由图4.2-4可看出，弱膨胀土的强度随着石灰剂量的增加呈现先增加后减少的趋势，由试验数据可看出本取土场的土掺灰剂量为8%附近时达到最大值，而满足96%区填土要求的灰剂量最小值为5%。从强度方面考虑该土的掺灰量控制在5-10%之间能够满足工程要求。
4.2.4灰剂量与最大干密度的关系
最大干密度和最佳含水率通过室内标准击实功条件下在不同含水率条件下达到的干密度的关系曲线得出，最大的干密度，所对应的含水率为最佳含水率。
图4.2-5掺灰量与最大干密度的关系
由图4.2-5可看出，弱膨胀土的密度随着石灰剂量的增加呈现减少，但是随着石灰用量的增加，最大干密度逐渐趋于稳定。
5结论
通过对鹤壁省道225项目弱膨胀土的掺灰试验研究可以看出，石灰对于弱膨胀土改良效果良好，石灰剂量应控制在5-10%之间，通过掺灰改善了弱膨胀土的路用性能，各项检测指标均能满足规范要求。同时兼顾经济性和施工可控性并结合规范要求等方面，提出用于指导施工的掺灰剂量6%±1%为经济合理的控制范围。
6施工控制
通过掺灰改良的弱膨胀土其各项性能指标均改善，能够满足路床施工要求。施工时需特别注意做好挖方段顶部截水沟，路基边缘的排水沟，防治雨水下渗影响路基稳定性。路基与边沟位置采用底基层和基层与边沟齐平的方式，封闭路面积水避免雨水渗入路床。路堤填筑超过3m的段落采用拱形骨架或护面墙，路堤填筑高度不足3m的采用植草防护。总之弱膨胀土路基施工必须建立完善的路基路面排水系统，以保证路基稳定。
施工过程中重点监控石灰剂量，保证控制在合理的范围内，同时保证拌和均匀性。努力消除质量通病。
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]JTGE51—2009，公路工程无机结合料稳定材料试验规程．
[4]李全林弱—中膨胀土掺灰改良施工技术山西建筑.2005.11
[5]吴晓栋程林超桂北地区掺石灰改良“两高土”试验研究
[6]彭万丽无机结合料稳定土技术性质与试验交通世界.2015