福建高液限土填筑路基成套技术研究

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1、福建高液限土 填筑路基成套技术研究福建省交通科学技术研究所 2009年6月福建利用高液限土情况1996年泉厦高速公路K10+514K13+000（现 K399+800起往厦门）含砂高液限粘土填筑；-高 塑性土;20012003年京福高速公路、漳龙高速公路漳州段 A2、A3合同段（现K11+000K38+000）高液限土 填筑，约80万方；厦门集美大道K2+500K3+100含砂高液限粘土填 筑，约24万方；浦南高速公路C1、C2合同段高液限粉土填筑，约20 万方。武邵高速公路A1、A4合同段含砂高液限粉土填筑， 正在施工中。泉厦高速高液限土路基（1996年施工 ）泉厦高速高液限土路基对应的路面

2、浦南高速公路C合同段高液限土路基武邵高速A1合同段高液限土填筑现场目的与意义福建省地处东南沿海，各地遍布高液限花 岗岩类残积土，该土天然含水量大，液限 高，塑性指数大，水稳定性差，属于特殊 土质，不得直接用于路基填筑。弃方换填和改良是传统处理高液限土的 两种方法，费用大，不利于环保。课题研究高液限土路用性能，寻找其最 佳状态，满足工程应用。研究主要内容（1）高液限土路用性能研究； （2）高液限土填筑路基试验研究； （3）高液限土填筑路基施工技术指南； （4）社会、经济效益分析。高液限土路用性能研究概论高液限土分类 （1）土颗粒组成特征； （2）土的塑性指标：液限（L）、塑限（P ）和塑性指数（

3、IP）； （3）土中有机质存在情况。高液限粗粒土高液限细粒土粘土质砂（SC）或粉土质砂（SM）高液限土分类高液限土分类液限L塑性指数IP粗粒组组成土代号土名称L50Ip0.73（L-20）粗粒组25%CH高液限粘土25%粗粒组50%，且砂粒砾粒CHS含砂高液限粘土25%粗粒组50%，且砂粒砾粒CHG含砾高液限粘土Ip0.73（L-20）粗粒组25%MH高液限粉土25%粗粒组50%，且砂粒砾粒MHS含砂高液限粉土25%粗粒组50%，且砂粒砾粒MHG含砾高液限粉土高液限土分类有机质土液限L塑性指数IP土代号土名称若土样烘烤24h后，液限小于烘烤前的3/4L50Ip0.73（L-20）CHO有机质高

4、液限粘土Ip0.73（L-20 ）MHO有机质高液限粉土高液限土工程危害路堤病害路基沉降、路肩坍塌及纵裂、边坡失稳路堑病害剥落、冲蚀、泥流、溜塌、坍滑、滑坡路面土基病害唧浆破坏、不均匀沉降，路面波浪变形高液限土工程性质物理性质 （）天然含水率高，一般情况下接近于塑限； （）液限、塑限和塑性指数都很高； （）天然饱和度较大； （）天然孔隙比大，密度小，孔隙比一般大于 ； （）颗粒细而均匀，粘粒含量（粒径小于 0.074mm的颗粒含量）较高，具有高分散性； （）有机质含量一般较小； （）保水性能好。高液限土工程性质力学性质 （1）击实特性相对常规土，高液限土最大干密度较小，最佳含水 率较大，这与高

5、液限土细颗粒含量较大有关。随着 粗颗粒含量的增大，有效改善高液限土结构，最大 干密度增大，最佳含水率相应减小。 （）压缩性和膨胀性中等或中等偏低的压缩性土，相对其收缩性，其膨 胀性能更不明显，弱膨胀土。 （）CBR值高液限土路用性能研究CBR值影响因素母岩性质、含水率、击实功、干密度、饱和度 、液塑限、颗粒组成浦南高速公路C2合同段四种土样，根据各高液 限土天然含水率和实际粘稠情况，拟定45种 含水率，不同击实功（398、370、356、 342、328）分别进行击实制样，测其泡水 膨胀量、CBR值，并计算其饱和度、相对于重 型击实的密实度等指标CBR值与含水率合理含水率高液限土CBR值存在一

6、个峰值区，其对应的 含水率称为“合理含水率”范围大约 在22%30%，比其重型击实下最佳含水 率大5%8%。与常规土最佳含水率对应下 的CBR值为最大不同，高液限土对应于重型 击实下最佳含水率的CBR值相对较小，有的 甚至达不到3.0要求，而在合理含水量范围 内对应CBR值则相当大，与常规土无异。因 此，必须控制高液限土含水率在其合理含 水率范围内，才可用于路基填筑。最合理含水率R与液限LL=5.408R-66.83R =0.185L +12.36CBR值与击实功CBR值与击实功与常规土类似，只要含水率合适，即只要含水 率在合理含水率范围内，高液限土的CBR值随 击实功增大而增大，且对应最合理

7、含水率时， 该趋势最为明显。若击实功不足或偏小，其 CBR值减小趋势明显，甚至达不到要求的强度 。因此，填筑高液限土不仅必须控制其含水率 在最合理含水率范围内，而且需通过较大的碾 压功才能压实路基土，保证其强度要求。若含水率超出合理含水率范围，CBR值与击实 功关系不太明显，有可能增大，也有可能减小 。CBR值与饱和度饱和度与含水率CBR值与饱和度随着饱和度的增加，CBR值增加，饱和度增 加至约93%后，CBR值锐减，这说明，高液 限土需保持一定的水分，一定的饱和度， 其强度值才大。随着含水量增加，接近饱 和土样，部分土颗粒处于漂浮状态，颗粒 骨架严重受损，强度值骤降。峰值CBR对应饱和度所对

8、应的含水率与合理 含水率范围一致。饱和度与压实度饱和度为水占土体中孔隙体积的百分比， 有两个因素可促使土体饱和度增大，一则 ，通过增大含水率，乃至真空抽吸饱水， 饱和度达到100%；二者，含水率一定时， 通过外力作用，将土孔隙中的空气排出， 饱和度增加，直至孔隙中无空气存在，饱 和度达到100%。前者一般在试验室内模拟 最不利环境时制样使用，后者对路基现场 碾压有很强的指导意义饱和度与压实度对于含水率较小的土体，由于土颗粒之间 搭接的孔隙多为空气所占领，即使压实到 重型击实下的最大干密度，其饱和度也较 小，一般在80%以下；而对于含水率较高 ，如超过32%以上的路基土，由于水为孔 隙中的主导者

9、，则很容易通过碾压或击实 将不多的空气挤排出，达到很高的饱和度 。所以，饱和度在含水率合适的范围内能 反映土体被压实的程度。CBR值与干密度CBR值与干密度合理含水率范围内的土样，随着干密度的 增加，其CBR值相应增加。若含水率超出此 范围，CBR与干密度之间的关系则反常、扭 曲，特别在含水率较大的时候扭曲愈加严 重。合理含水率范围内，是需要通过提高密度 亦即增加压实度来提高路基土的 强度的。干密度与击实功CBR与干密度、击实功在合理含水率范围内，随着击实功的增大 ，干密度增加较明显，若击实功不足，密 度达不到一定的值，相应CBR值则达不到要 求。在含水率较大的情况下，增大击实功对提 高土样密

10、实度帮助不大。因此，控制好合 理含水率对提高高液限土密度，保证其CBR 值至关重要。CBR值与液塑限重型击实CBR值与颗粒组成四种土样CBR值与颗粒组成高液限粗粒土对于一些液限大于50%，但其粗粒组含量（0.074mm ）超过50%的土为粗粒土，其细粒组含量虽然较多，占 总质量的5%15%，但从土的工程分类和命名来看， 已为粗粒土，其重型击实下的最大干密度较大，最佳含 水率较小，但CBR值有大有小，其性质居于高液限细粒 土和常规粗粒土之间。所以，对这些液限大于50%的粘土质砂SC或粉土质砂 SM，也要验证其CBR值在符合要求的情况下，才可按常 规土方法进行填筑。福建省高速公路路基施工标准化 指

11、南对此有明确规定规定：对液限大于50，塑性指数 大于26的土，不得作为94、96区填料，当其粗颗粒含 量大于50%，且CBR指标大于3时，可直接作为路基93 区填料。土水特征=(a-)+基质吸力指通过量测与土中水处于平衡的部分 蒸汽压而确定的等值吸力，而渗透吸力则通过 量测与溶液处于平衡的部分蒸汽压而确定的等 值吸力。非饱和土的初始含水率同基质吸力有 直接的关系，而渗透吸力对含水率的变化则不 太敏感，因此，总吸力的变化主要反映了基质 吸力的变化。当外界环境与荷载发生变化时，土中的含水率 发生变化，其总吸力（主要是基质吸力）也发 生变化。绘制含水率与基质吸力的变化曲线就 是非饱和土的土水特征曲线

12、。基质吸力试验高液限土土水特征曲线组别土样编号湿密度 （g/cm3）含水率 （%）比重Gs干密度d (g/cm3)孔隙比e孔隙率n （%）饱和度Sr （%）第1 组0619-3-1#1.934 15.82.809 1.670.68240.5 65.1 0619-3-2#1.871 23.12.809 1.520.84845.9 76.5 0619-3-3#1.873 33.82.809 1.401.00650.2 94.3 第2 组0927#即 AY(2007)- 0082.066 13.52.690 1.820.47832.3 76.0 0619-3#1.873 29.22.8091.450

13、.93748.4 87.5 0620-3#1.856 28.92.766 1.440.92147.9 86.8 含水率与基质吸力关系曲线体积含水率与基质吸力关系曲线饱和度与基质吸力关系曲线成果分析同种土样、不同状态试样的土水特征曲 线形状基本相同，饱和度与基质吸力关系 曲线基本重合，说明高液限土强度与含水 率直接相关，与干密度关系不大。但在含 水率一样的情况下，干密度越小的土样， 其孔隙比越大，初始含水率越高，其曲线 的位置也越靠上，说明干密度越大，其持 水能力越弱，强度则越大。成果分析不同种类土样，其土水特征曲线的形状 存在明显差异，相同吸力控制条件下的实 际排水量也各不相同，反映出不同土样

14、类 型，由于矿物组成、颗粒大小、颗粒级配 不同，其对水分的吸持能力也不相同。试验后土样成果分析0620-3#土样出现明显的失水干缩开裂特征 ，而0619-3、0927#土样在800kPa基质 吸力控制条件下，未发生明显干缩变形。基质吸力与含水率关系成果分析高液限土基质吸力与含水率关系密切，随着含 水率的增加，基质吸力减小，直至消失。从大 到小变化过程中存在一个拐点，小于拐点含水 率其基质吸力大，对含水率的变化变现得非常 敏感；大于则很小，且变化的幅度减缓许多。 比拐点含水率高的状态，其基质吸力很小，一 般小于100kPa，土的强度很小，工程上应避 免出现这种状态。拐点含水率与初始含水率相 关，

15、初始含水率高，其拐点含水率高。对同种 高液限土，随着密度增大（压实度增加），孔 隙比减小，其拐点含水率减小。低液限土基质吸力与含水率关系成果分析与低液限土土水特征曲线相比，高液限土持水 能力要大，不易失水，但其大于拐点含水率到 基质吸力消失对应的含水率范围要小得多，可 利用的含水率范围也要小得多，意味着其水稳 性不好，遇水强度消失很快。粘土质砂0927# 由于颗粒粗，其性质介于高液限土与常规土之 间。可充分利用高液限土持水能力强特点，将多余 的土用于中间分隔带和边坡的绿化工程，提高 植物的成活度。体变研究CBR膨胀量试验膨胀规律随着含水率增加，膨胀量减小。以最佳含 水率制件的试件，其膨胀量相对

16、较高，以 合理含水率制件的试件，其CBR膨胀量大都 小于3%，含水率大于30%制件，尽管膨胀 量很小，趋于零，但却不利于现场施工。膨胀量随击实功增加而减小，未压实的土 样，其膨胀量较大，在合理含水率范围内 ，变化的幅度还更大一些，所以，对现场 施工，应碾压密实，减小变形。路基填料土膨胀性工程特性分类分类0.002mm粘粒含量(%)自由膨胀率(%)CBR膨胀量(%)强膨胀土509013中等膨胀土35506590813弱膨胀土35406558高液限土总体膨胀量较小，属于非膨胀土 。在合理含水率范围内，试件膨胀率大都小于3%，属于非膨胀土。若在含水率较 低、非重型击实情况下制件，有的试件膨胀量超过5%，进入弱膨胀土范畴内， 这与西南碳酸盐岩的高液限土膨胀性差别较大。干湿循环体变膨胀量与时间关系含水率与时间关系饱和度与时