高液限粘土填筑路基技术

高液性粘土路基填筑返工路段对高液性粘土的使用应科学，审慎地利用！目录1.概论2.研究路线和依据3.高液性粘土的室内研究成果

3.1土体的主要物理性质

3.2最佳压实状态探索试验成果

3.3确定最佳压实状态的技术路线4.高液性粘土的压实标准

4.1用最佳状态下的干密度和饱和度作为压实标准

4.2用最佳状态下的压实度K作为压实标准

4.3两种压实标准的比较5.试验路工艺试验成果6.高液限粘土的利用研究的结论1.前言在我省高等级公路建设中频繁出现的高液性粘土，如简单地否定其在高等级公路路基填筑中的应用既浪费了资源又增加了投资。解决高液性粘土问题除了使用固化剂或外掺材料处理之外，还有就是换填优质填筑土，往往工程附近这种土源较为紧缺，远距离调运的运量也是影响工期的主要因素。也不符合我国建设环境友好型、资源节约型社会的宗旨。因此，通过室内试验研究找出高液性粘土最佳击实状态，使其在最佳状态下的各项指标满足高速公路路基填筑的要求；通过施工工艺试验找出施工现场达到最佳状态的施工工艺及具体操作规程，包括探索其在不掺改良剂的前提下，通过控制土的施工含水量、压实功，改进施工工艺和一系列可行的检测标准。解决这种土影响路用性能的关键技术问题。

2研究的技术路线和依据高液性粘土是天然稠度小于1.1，液限大50%，液性指数大于24的湿性土、往往重型击实标准下的浸水CBR值<3。天然含水量大，水稳定性极差所以被作为不可用土。不能满足高速公路路基设计要求。从成因上说，本项目的高液性粘土属于花岗岩风化残积土，呈综红夹灰白色。由于铁的氧化和水化作用而呈明亮光泽(红或黄)，土粒矿物成分主要为高岭土、伊利石和石英。高液性粘土存在这样一种状态，在该状态下其颗粒排列最优（击实功最佳），含水量最佳，稳定强度（浸水CBR值）最大，胀缩量最小，这就是我们解决问题的理论依据，高液性粘土的液限含水量大，液性指数高，水稳定性极差，用这种土填筑的路堤，若施工处理不当，压实后即处于不稳定状态，吸水后路基发生膨胀，含水量升高，强度降低，在行车荷载和路堤自重压力作用下，路堤易发生不均匀沉降、横向位移等灾害，导致路面开裂，影响车辆正常高速行驶，正是高液性粘土这种极差的水稳定性影响了其在高等级公路路基填筑上的使用。研究表明；高液性粘土通常在含水量上存在着最佳范围。在同一含水量下击实功同强度不成正比，即击实功大，强度未必高，这是因为对某一含水量来说，击实功过大会产生局部剪切破坏，破坏高液性粘土的原状结构，导致强度的下降，这一点在的室内试验结果中得以体现。所以要想提高高液性粘土的稳定强度可以从击实功和含水量上进行探索，即探索其最佳压实状态。

最佳压实状态的定义：高液性粘土存在这样一种状态，在该状态下其颗粒排列最优(击实功最佳)，含水量最佳，稳定强度最大(即浸水CBR值最大)，膨胀量最小，该状态我们称之为高液性粘土的最佳状态.基于以上原理，我们通过室内试验找出高液性粘土高稳定强度、低胀缩量的最佳状态，并且在施工中使其得以实施，高液性粘土的路用性能便会有很大程度的改善，并能满足高等级公路路基设计的要求。这就是本项目研究的技术路线和依据。3、高液性粘土的室内研究成果

高液性粘土的室内研究分为两部分，一是土体的常规物理性质指标试验；二是土体的最佳压实状态探索试验，研究重点在第二部分。3.1土体的主要物理性质某项目土体按地质成因为花岗岩残坡积土，呈综红夹灰白色，成分主要由粘粒和石英砂构成，其中砂含量为42.05%，粉粒和粘粒含量为57.95%，属于含砂高液限粘土(CHS)。按照《公路土工试验规程》测得的主要物理性质指标及标准击实试验结果详见表1。由表1可知，这种土体的液限、液限均很高，液性指数也很大，属于典型的高液限土。

当粗粒组含量少于总质量的25％时，就可称之为纯高液限粘土CH，粗粒零星散布，对土的性质影响不大当粗粒组含量为总质量的25％～50％时，称之为含砂高液限粘土CHS，粗粒已能起到部分骨架作用，对土的性状有相当的影响当粗粒组含量大于总质量的50％时，称之为高液限粘土质砂SCH，粗粒大部分起到骨架的作用，对土的性状起了决定性的影响3.2最佳压实状态探索试验成果

首先在不同含水量、不同击实功下做了一系列CBR对比试验。同时，为真实模拟路堤施工时的现场用土工况，所有土样均采用湿法制样。现把试验结果综合分析如下。3.2.1高液性粘土的含水量、击实功与CBR(不浸水)值的关系见表2,图1.由表2和图1可总结出如下规律：3.2.2高液性粘土的含水量与稳定强度(浸水CBR)的关系见表3

综合表3可得出以下结论3.2.3初期强度(不浸水CBR值)与稳定强度(浸水CBR值)比较见图2,图3

综合这二个图可得出以下结论3.2.4进一步分析表3中的浸水CBR值,可将表3数据绘制成一定击实功下的CBR~W关系曲线，如图4、图5、图6、图7所示.

综合分析上述四个图，可以得出室内试验最佳压实状态时的量化指标，如表4所示。3.3确定最佳压实状态的技术路线在稠度为1.0~1.3范围内，用湿法对高液性粘土制备不同含水量的系列土样，相邻两组土样的含水量差以2%为宜；进行不同含水量、不同击实功下的CBR浸水前、后系列化试验，对比分析浸水前后土体的强度、变形等特性；绘制出每一击实功下的浸水CBR~W关系曲线，并依据这些曲线判定浸水CBR>3或浸水CBR>4的含水量范围，作为现场用土的含水量范围；通过现场施工工艺试验，确定合适的压实机具、碾压方式和碾压遍数等碾压参数，使路基土达到最佳压实状态。要求压实度等指标满足相关控制标准，且压实后的路基表观平整密实，无局部推剪、鼓起等现象。4高液性粘土的压实标准

目前，国内对高液性土压实标准的认识和应用可分为以下两类。4.1用最佳状态下的干密度ρd和饱和度Sr作为压实标准

福建省是国内最早探索使用高液性土修筑路堤的省份之一，省内的泉厦、漳龙等高速公路均使用最佳状态下的干密度ρd和饱和度Sr作为压实标准。

(1)首先，按表3数据绘制出最佳压密状态下的干密度与含水量、饱和度与含水量关系图，如图8和图9所示。

(2)然后，以图8,图9中的两条趁势线为参照，确定二个参数ρd

、Sr的下限控制范围，如表5所示。4.2用最佳状态下的压实度K作为压实标准

最新《公路路基施工技术规范》(JTGF10-200X)(送审稿)对高液性土的路用性能作了客观评估，并重新定义了其压实度的计算方法。压实度K的定义如下压实度计算时不能用重型标准击实试验确定的最大干密度作为它的标准干密度值，而应该用最佳压实状态下某一特定含水量时的理论最大干密度作为它的标准干密度值，其计算式如下基于以上动态压实度的定义，上述规范规定了高液性土的路基压实度标准，并对该标准的应用条件作了具体规定。西亭高液性粘土的标准干密度和施工压实干密度,见表7,

4.3两种压实标准的比较

为比较上述二种压实标准的异同，不妨将相应控制指标相互转化，如表8所示。把表8中的换算指标与上页表5中的控制指标相比可知，两者的干密度ρd是基本一致的，但饱和度Sr相差较大。这是因为表5中的控制指标ρd和Sr大小是按图8和图9用目估法判定的，而且图件中的土性数据也比较离散，因此会有一定的误差。通过比较可知，高液性粘土的上述二种压实控制标准中，用动态压实度标准不仅理论上更为科学，使用上也更为方便。因此，优先推荐使用动态压实度K作为高液性粘土的压实控制指标，其控制标准宜按表6执行。5.试验路工艺试验成果以上述室内研究成果为基础，集美大道试工单位进行了现场填筑工艺试验。所用压实机械型号为YZ18B，碾压参数经比较最终确定为“静压2遍+小振7遍”其结果如下表9：

表9现场工艺试验压实度检测结果序号测点桩号实测干密度(g/cm3)实测含水量%标准干密度(g/cm3)实测压实度%1K3+3001.6122.81.6597.52K3+2801.6421.51.6997.23K3+2701.5822.51.6695.24K3+2751.5827.41.54103.05K3+2901.6817.61.8193.06K3+3201.6121.41.6995.3由上表可知高液限粘土的利用研究的结论1.高液限粘土的特点是含水量高、最大干密度轻、稳定性差、强度低，按常规的施工工艺压实度达不到设计规范要求2.由于按常规的施工工艺破坏了土体的胶凝物质，使得土的强度和稳定性剧降3.通过试验确定用于填方的土液塑限指标是否超标，同时要进行土的颗粒分析，判别土的分类，CBR值是否满足规范要求4.如果本段落是弃方可考虑将土废弃，否则必须考虑利用5.如果经颗粒分析土的分类为高液限粘土质砂，CBR满足规范要求，可按一般土组织施工5.CBR试验用湿法击实进行制件，在不同的击实功、含水量下，得到的最大CBR值，就是我们所要找的最佳状态，如果CBR指标能满足规范要求就可考虑利用6.在这种状态下的土的饱和度和稠度将是施工中控制质量的主要指标7.以不同的碾压参数，即压路机吨位、碾压遍数、摊铺厚度、含水量，得到接近试验的最佳状态的碾压参数8.施工中应配备高效的翻晒机械来降低含水量和防雨布，以缩短施工周期9.施工面出现软弹时应减少运土车重量，或使用推土机送土表2不浸水CBR试验成果一览表平均含水量w（%）击实方式（层数×次数）密度（g/cm3）饱和度Sr（%）CBR压实度/%击实功EC（kJ/m3）湿干ρdKhKL13.43×221.791.6047.011.987.097.00.6×1033×411.961.7265.822.093.5104.21.2×1033×601.991.7568.630.595.1106.11.7×1033×792.011.7572.331.295.1106.12.2×1033×982.021.7871.732.196.7107.92.7×10320.13×222.01.6689.615.290.2100.60.6×1033×412.01.6689.614.890.2100.61.2×1033×602.01.6886.116.591.3101.81.7×1033×792.01.6688.116.490.2100.62.2×1033×982.01.6885.915.991.3101.82.7×10323.33×141.961.5892.49.385.995.80.3×1033×221.941.5887.515.085.995.80.6×1033×602.01.6393.99.588.698.81.7×1033×982.031.6599.17.989.7100.02.7×103返回图2返回表1高液性粘土工程性质指标试验成果

天然含水量%土粒比重液限%液限%液限指数轻型击实重型击实颗粒分析/%ρdLg/cm3WL%ρdhg/cm3Wh%>2mm2~0.074mm<0.074mm20~262.655328251.6518%1.80~1.8412.6~15.68.3133.7457.95

返回返回表3浸水CBR试验成果一览表平均含水量w（%）击实方式(层数×次数)密度（g/cm3）浸水前饱和度Sr（%）CBR线膨胀率(%)压实度(%)击实功EC（kJ/m3）湿ρ干ρdKhKL13.03×221.841.6255.31.37.288.098.20.6×1033×601.981.7565.31.69.895.1106.11.7×1033×982.031.8168.21.310.298.4109.72.7×10315.63×221.891.6463.91.77.689.199.40.6×1033×602.021.7577.81.98.095.1106.11.7×1033×982.041.7681.02.48.195.7106.72.7×10317.53×412.011.7182.22.47.192.9103.61.2×10319.13×221.961.6579.52.35.389.7100.00.6×1033×411.991.6489.12.75.089.199.41.2×1033×602.031.7088.93.15.092.4103.01.7×1033×982.031.7187.83.04.592.9103.62.7×10322.23×221.961.6187.33.13.887.597.60.6×1033×412.041.6898.13.52.591.3101.81.2×1033×602.031.6696.73.42.390.2100.61.7×10323.63×221.951.5791.73.22.585.395.20.6×1033×411.991.6095.73.32.187.097.01.2×1033×601.981.6192.23.51.687.597.61.7×1033×981.981.6192.83.02.087.597.62.7×10324.93×221.941.5591.73.02.584.293.90.6×1033×411.961.5793.82.71.085.395.21.2×1033×601.961.5793.22.62.385.395.21.7×1033×981.981.5896.32.32.485.995.82.7×103返回表4室内击实试验最佳压实状态的量化指标击实功大小(重型)3×22次3×41次3×60次3×98次CBR>3时的含水量范围W/%21.7~25.020.0~24.419.0~24.318.0~23.0根据上表，至少能得出以下二个结论：随着最佳压实状态下特定含水量的逐渐增大，所采用的击实功宜相应减小；施工含水量w=21.7~25.0%时用重型3×22击实功；施工含水量w=20.0~24.4%时用重型3×41击实功；施工含水量w=19.0~24.3%时用重型3×60击实功；施工含水量w=18.0~23.0%时用重型3×98击实功击实的试件都能得到CBR>3的稳定强度，能满足下路堤的强度要求。这就是西亭高液限粘土的最佳压实范围。这也说明，这种土质通过含水量和击实功的适当控制，完全可用于拟建道路的下路堤填筑。

返回如下规律在不浸水条件下，高液性粘土的强度均较大，当含水量为13.4%(接近重型标准下的最佳含水量)时，其值可达32%。且含水量越小高液性粘土的最大强度(CBR值)越高；这种土质在不同含水量下均有一个最大强度(CBR)值，含水量小，最大强度越高。达到最大强度所需的击实功与含水量大致成反比，含水量越大，所需击实功越小；在某一固定含水量下，击实功与对应的强度并不成正比，而是在某一击实功下有一个最大强度值，当大于或小于该击实功时，强度均会下降。这说明，对高液性粘土而言，适度大小的外部作用功可以形成土的结构强度，但如外部作用功超过一定的限度，它就会使土体产生剪切破坏作用。这一对应最大强度的击实功即为该含水量下的最佳击实功。上述规律提示：在高液性粘土路堤碾压施工中，应该尽量利用外部作用功的有利因素，减少由于超压产生的软弹、局部推剪等负面效应。返回图1不浸水击实功与CBR关系曲线返回综合表3可得出以下结论当含水量较小时(如13.0%，即接近重型标准下的最佳含水量)，无论采用多大的击实功，其浸水CBR值均较小(<2.0)，而且其线膨胀率都很大(平均值高达9.1%)，也即稳定性变差。这种状态对于要求极高的高等级公路路基来讲，可用性差。当含水量w=(19~25)%时，浸水CBR>3的范围较大。这说明在这一状态下易于采用适当的击实功使这种高液限土用于高等级公路路基下路堤(1.5m以下)的填筑。返回初期强度与稳定强度比较接近重型标准下最佳含水量时的不浸水高强度是很不可靠的，浸水之后CBR值大幅下降到2.0以下，完全无法满足下路堤CBR>3的强度要求。这是因为击实时含水量低无疑会造成饱和度小(平均饱和度只有62.9%)，浸水之后含水量增量很大，反映在其线膨胀率很大(平均值高达9.1%)，远大于接近天然含水量试件的线膨胀率(平均值为仅2.0%)。而含水量为23.6%试件，因其初始饱和度大于91%，内部空隙小，吸力值小，浸水前后强度变化小，其稳定强度值仍达到3~3.5，远超过含水量为13.0%的稳定强度值。(tobecontinued)初期强度与稳定强度比较上述结果充分说明，高液限粘土不同于其它土质，其初期压实强度

（不浸水CBR）和稳定强度(浸水CBR)并不在同一状态下达到最优。现行规范根据公路等级和路基土所处深度分别提出了压实度指标，并强调采用重型击实标准，其指导思想是路基密实度越大，强度就越高。然而如前所述，由于高液限粘土的强亲水性，按重型击实标准控制压实，虽然可以获得很大的初期强度，但这一强度并不稳定，一旦进入正常使用期，路基土会不可避免地吸收周围的水份而迅速丧失高强度；另外，高液限粘土的天然含水量一般远大于重型击实的最佳含水量，工程实践中将其晾晒以接近重型击实标准下的最佳含水量往往也是很困难的。GoBack图3返回图4返回图5返回图6返回图7返回图8返回图9返回表5高液性粘土施工控制指标现场用土含水量控制范围/%19≤W<2222≤W≤24施工控制指标干密度ρd/g/cm3≥1.60≥1.55饱和度Sr/%≥87≥91碾压参数待定表5中的施工控制指标仅为依据室内试验确定的初值，尚需通过现场工艺试验予以确认或作必要的调整。返回压实度K的定义如下

ρd

—干密度ρdmax—标准干密度返回(4-1)最佳压实状态下某一特定含水量时的理论最大干密度作为它的标准干密度值

G—土粒比重

Sr—土体的饱和度，显然与理论最大干密度相应的饱和度为100%W—最佳压实状态下的某一特定含水量返回(4-2)表7高液性粘土的标准干密度和施工压实干密度

现场用土含水量(%)192021222324标准干密度ρdmax(g/cm3)1.781.751.721.691.661.63施工压实干密度

ρd≥94%ρdmax(g/cm3)≥1.67≥1.65≥1.62≥1.59≥1.56≥1.53表7为不同现场用土含水量时西亭高液性粘土的标准干密度值和K≥94%时应