肖哲

（中鐵十八局集團(tuán) 第四工程有限公司 天津 300350）

1 引言

軟土在我國(guó)濱海、湖、江河中下游等分布廣泛，但軟土具有承載力差且壓縮性高等特點(diǎn)，不能直接用作路基填筑。然而鐵路建設(shè)中不可避免穿越軟土路段，若將其棄置，會(huì)占用額外的土地資源和給當(dāng)?shù)丨h(huán)境帶來(lái)一定的污染，因此，軟土的合理利用和處治是具有重要的意義。

目前，石灰具有降低軟土的含水率和板結(jié)的特點(diǎn)，因此，石灰改良軟土能夠取得很好的效果。陳一新等[4]對(duì)石灰改良黃土的力學(xué)性能的試驗(yàn)進(jìn)行研究。張義貴等[5]通過(guò)試驗(yàn)對(duì)石灰改良淤泥質(zhì)黏土作為路基回填料進(jìn)行研究，得到石灰改良淤泥質(zhì)黏土具有強(qiáng)度高和壓縮性低的結(jié)論。上述研究是針對(duì)不同地區(qū)的軟土進(jìn)行改良，而不同液塑限軟土強(qiáng)度和壓縮性改善程度上缺乏系統(tǒng)的研究。因此，不同液塑限軟土改良后的力學(xué)特性值得進(jìn)一步研究。

本文以某工程路段不同液塑限軟土拌和不同石灰含量來(lái)開(kāi)展改良土樣的一系列物理特性試驗(yàn)，得到不同石灰含量與CBR、最大干密度、液塑限、無(wú)側(cè)壓抗壓強(qiáng)度和壓縮性的變化規(guī)律。以期為鐵路路基填筑中軟土處治設(shè)計(jì)提供一定的參考。

2 工程概況

項(xiàng)目參照某鐵路工程路基處治工程，開(kāi)展石灰改良不同液塑限軟土性能試驗(yàn)研究。該工程地基土主要由人工填土、沖洪積黏土及淤泥質(zhì)黏土組成（見(jiàn)圖1）。鐵路沿線(xiàn)有水塘和水田，軟土分布十分廣泛。該工程段的軟土土樣呈流塑～軟塑狀，其分布厚度為0.2～20.0 m。由于軟土的承載力小且壓縮性高的特點(diǎn)，無(wú)法直接作為路基。因此，項(xiàng)目結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)軟土的實(shí)際情況，擬采用摻入石灰來(lái)改良軟土的力學(xué)性能，從而用于鐵路路基填筑。

圖1 施工現(xiàn)場(chǎng)軟土

3 石灰改良高液塑限力學(xué)性能

3.1 原材料分析

施工現(xiàn)場(chǎng)軟土如圖1所示，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)軟土土樣進(jìn)行一系列物理指標(biāo)試驗(yàn)，表1為本項(xiàng)目路段不同液塑限軟土的物理力學(xué)性質(zhì)。因?yàn)楸韭范蔚能浲烈核芟薷?，且?qiáng)度低，因此，不能直接用于路基回填，需要對(duì)軟土進(jìn)行改良處治。本試驗(yàn)采用石灰對(duì)高液塑限軟土進(jìn)行改良處治，其中石灰的化學(xué)成分分析如表2所示。

表1 軟土的物理力學(xué)性質(zhì)

表2 生石灰化學(xué)成分分析

本試驗(yàn)主要探討石灰含量對(duì)改良不同液塑限軟土物理力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)需要將塊狀的生石灰黏磨并過(guò)2mm篩孔，通過(guò)計(jì)算不同石灰含量的石灰質(zhì)量和高液限軟土的質(zhì)量，石灰消解后與高液塑限軟土充分拌和，從而配置不同石灰含量的改良土樣，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)軟土與生石灰拌和圖

3.2 CBR試驗(yàn)及結(jié)果分析

本試驗(yàn)拌和五種不同石灰含量（2%、4%、6%、8% 和10%）和三種軟土土樣（土樣1、土樣2和土樣3）的改良土樣進(jìn)行土的承載比試驗(yàn)（CBR）。由圖3可得。石灰含量越大，改良土樣的CBR越大，而在同一石灰含量中，土樣1的CBR最小，土樣3的CBR最大。規(guī)范要求路基填土的CBR≥8%為合格，土樣1和土樣2在石灰含量為8%達(dá)到合格，而土樣3在石灰含量為6%就滿(mǎn)足規(guī)范要求。說(shuō)明石灰能夠改良承載力小的軟土，且含水率越大的軟土達(dá)到規(guī)范要求需要石灰含量越高。主要原因是石灰能夠土體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使土體板結(jié)。

圖3 不同石灰摻量對(duì)CBR影響

3.3 擊實(shí)試驗(yàn)及結(jié)果分析

本試驗(yàn)采用重型擊實(shí)法對(duì)五種不同石灰含量（2%、4%、6%、8% 和10%）和三種軟土土樣（土樣1、土樣2和土樣3）的改良土樣分五層進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，圖4為不同土樣下隨石灰含量變化的最優(yōu)含水率與最大干密度關(guān)系曲線(xiàn)圖。隨著含水率的增加和石灰含量的增加，最大干密度先增加后減小，土樣1和土樣2的最大干密度都是在8%石灰含量下達(dá)到最大值，而土樣3在石灰含量為6%達(dá)到最大值。改良后高液塑限軟土的最佳含水率隨著石灰含量的增加而增加，而其最大干密度隨著石灰含量的增加先增加后減小，說(shuō)明石灰和軟土拌和，石灰能夠降低軟土的含水率，且天然含水率越大的軟土，改良后的最優(yōu)含水率增加。

圖4 不同石灰含量的最大干密度與最優(yōu)含水率圖

3.4 界限含水率試驗(yàn)及結(jié)果分析

將五種不同石灰含量和三種土樣的改良土樣分別按照最優(yōu)含水率制成壓實(shí)度為93%的試樣，28 d養(yǎng)護(hù)后，進(jìn)行界限含水率試驗(yàn)，液塑限試驗(yàn)結(jié)果如圖5和圖6所示。隨著石灰含量的增加，改良后土樣的液塑限都下降，但塑限下降的速率更快。土樣1的液塑限最大，土樣2的液塑限次之，土樣3的液塑限最小。說(shuō)明塑限對(duì)石灰含量的敏感性高，而液限對(duì)石灰含量的敏感性相對(duì)較低。

圖5 石灰含量與液限的關(guān)系曲線(xiàn)圖

圖6 石灰含量與塑限的關(guān)系曲線(xiàn)圖

3.5 單軸壓縮試驗(yàn)及結(jié)果分析

在路基填筑中，回填土體的抗壓強(qiáng)度和壓縮變形特性都是重要指標(biāo)之一，因此，本試驗(yàn)將五種不同石灰含量和三種土樣的改良土樣分別按照最優(yōu)含水率制成壓實(shí)度為93%和96%的試樣分別進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，從而探討改良土樣的受壓強(qiáng)度特性。圖7 為不同石灰含量和壓實(shí)度下的改良高液塑限軟土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線(xiàn)圖。由圖7 可知，隨著石灰含量的增加，改良土樣的抗壓強(qiáng)度越大，土樣壓實(shí)度越高，改良土樣的抗壓強(qiáng)度越高，土樣1 的抗壓強(qiáng)度最低，而土樣3 的抗壓強(qiáng)度最高。說(shuō)明石灰對(duì)軟土的抗壓強(qiáng)度有顯著地改良效果，且壓實(shí)度對(duì)軟土的改良效果有增強(qiáng)效應(yīng)。

圖7 石灰含量與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系曲線(xiàn)圖

3.6 壓縮試驗(yàn)及結(jié)果分析

本試驗(yàn)將五種不同石灰含量和兩種土樣的改良土樣分別進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，從而探討改良土樣的壓縮變形特性。圖8和圖9分別為土樣1和土樣3的不同石灰含量下改良軟土e-p曲線(xiàn)圖。由圖8和圖9可知，石灰含量為0%時(shí)（素土）壓縮性很大，隨著石灰含量的增加，改良土樣的壓縮曲線(xiàn)變得越來(lái)越平緩，說(shuō)明石灰含量的增加使得軟土的壓縮性變小。這是因?yàn)殡S著石灰含量的增加，石灰與土之間的化學(xué)反應(yīng)變得更加顯著，進(jìn)而使改良高液塑限軟土能夠更好地板結(jié)在一起，并對(duì)其土顆粒之間的孔隙進(jìn)行填充。因此，石灰含量越大，使得改良土樣的抗壓強(qiáng)度越高，壓縮性更低。

圖8 土樣1不同石灰含量的e-p曲線(xiàn)圖

圖9 土樣3不同石灰含量的e-p曲線(xiàn)圖

4 結(jié)論

本試驗(yàn)通過(guò)做不同石灰含量和液塑限的改良軟土的一系列物理特性試驗(yàn)，得出改良土樣的物理特性規(guī)律如下：

（1）石灰含量能夠改良高液塑限軟土的承載比，石灰含量越高，改良高液塑限軟土土樣的承載比越高，高液塑限軟土的承載比合格需要石灰含量越高。

（2）高液塑限軟土土樣隨著石灰含量的增加，最優(yōu)含水率增加，最大干密度先增加后減小，且軟土的液塑限越高，改良后的最優(yōu)含水率和最大干密度越大。

（3）石灰含量能夠降低軟土的液塑限，且石灰含量對(duì)改良軟土的塑限影響較大，對(duì)改良軟土的液限影響較小。

（4）石灰含量對(duì)改良高液塑限軟土土樣的抗壓強(qiáng)度和壓縮特性影響顯著，石灰含量增加，對(duì)改良高液塑限軟土的壓縮特性變低，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變大，且壓實(shí)度越高對(duì)抗壓強(qiáng)度增加有促進(jìn)效應(yīng)。因此，路基工程采用摻入石灰來(lái)改良軟土可以滿(mǎn)足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，并且降低工程成本。