膨胀土施工技术与改良土的性质研究

第25卷 增1 岩石力学与工程学报 V ol.25 Supp.1 2006年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.，2006

收稿日期：2005–06–24；修回日期：2005–11–08

作者简介：王保田(1963–)，男，博士，1984年毕业于河海大学地质及岩土工程系工程地质与水文地质专业，现任教授、博士生导师，主要从事岩土工程测试技术和可靠度理论方面的教学与研究工作。E-mail ：btwang@

改良膨胀土施工技术与改良土的性质研究

王保田，张福海，张文慧

(河海大学 岩土工程研究所，江苏 南京 210098)

摘要：黄淮河冲积平原区广泛分布弱～中等膨胀土，用这种土作为高等级公路路堤填筑材料时，必须用掺石灰的方法对土体进行改良，以提高土体的强度，降低土体的胀缩性。改良膨胀土施工采用二次掺灰工艺、合适的石灰拌和方法和碾压机械组合对提高改良土的碾压质量很重要。系列现场和室内试验研究表明：采用二次拌灰工艺能够使石灰均匀并易于碾压。尽管压实天然土的CBR 强度不满足规范的要求，但改良土的CBR 强度高，自由膨胀率低，无压膨胀量小。改良土的微观结构与天然土明显不同，土粒间连接增强，基本看不到单粒形态。

关键词：土力学；公路路基；改良膨胀土；掺灰量；CBR 强度；微观结构

中图分类号：TU 413 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)增1–3157–05

STUDY ON CONSTRUCTION TECHNIQUES AND CHARACTERISTICS OF

LIME-STABILIZED EXPANSIVE SOIL

WANG Baotian ，ZHANG Fuhai ，ZHANG Wenhui

(Institute of Geotechnical Engineering ，Hohai University ，Nanjing ，Jiangsu 210098，China )

Abstract ：Weak and medium expansive soils are widely distributed in the area of the Huanghuai Plain ，China. The soil must be stabilized when it is used as the filling of the expressway embankment to improve its strength and reduce its expansion and shrinkage. The two-stage lime adding method ，the suitable mixing process and the combination of rolling machine are the key aspects for the construction of lime-stabilized soil. The test results show that the two-stage lime adding method is good for soil pulverizing and compacting. The California bearing ratio(CBR) of stabilized soil is very high although the CBR of the compacted natural soil is such low that it could not satisfy the requirement of the construction code. The free expansive ratio and the expansion of the stabilized soil are very low. The microstructure of the stabilized soil has significant difference to the natural soil. The connection of the particles of stabilized soil is strong and single particles almost could not be found in the stabilized soil.

Key words ：soil mechanics ；highway subgrade ；stabilized expensive soil ；lime content ；California bearing ratio(CBR)；microstructure

1 引 言

许多高速公路路堤使用弱膨胀土作为填筑材

料，在投入运营几年后，这些工程基本都出现了路

面开裂、隆起，边坡失稳等问题。从2003年开始，江苏省高速公路设计规定，使用弱膨胀土填筑路堤必须全部使用石灰改良土。本文研究背景为宁淮高

•3158 • 岩石力学与工程学报 2006年

速公路(南京—淮安高速公路)，该工程是江苏省高

速公路网规划“4纵4横4联”主骨架“纵三”高

速公路的重要组成部分，为江苏省重大基础设施建

设项目。淮安境内的92 km路段全为填土路堤，平

均路堤高度达3.7 m，最高路堤7.8 m。全部路基采

用石灰改良土填筑，设计掺灰量为：路床部位(0～

80 cm) 8%，压实度≥95%；上路堤(80～150 cm)

6%，压实度≥93%；下路堤(150 cm以下) 5%，压

实度≥90%。石灰改良土采用二次掺灰施工工艺，

在取土场掺2%的生石灰(第一次掺灰)，以便降低土料的含水率和黏性，称作“砂化”。第1次掺2%生石灰后将土料在取土坑中堆放3 d并在第2和3天各翻拌一次，使掺入的石灰均匀；然后将含灰量2%的土料运到路基上摊铺并翻拌、破碎，以进一步降低土块大小和含水率；当含水率降低到最优含水率op

w以上5%左右时，向土料中掺入3%的消解灰(第二次掺灰)。用稳定土拌和机粉碎2遍以上，使最大土块直径小于50 mm且含水率在op

w～op

w+3%的范围内，检测石灰剂量。若石灰剂量符合要求，用18～21 t三轮压路机连续压实到设计压实度。

2 天然土的基本物理力学性质指标和

主要工程问题分析

本工程沿线膨胀土分布在地面以下7 m深度范围内，沿线取土进行的176组室内物理力学性质试验结果统计见图1。膨胀土的天然含水率主要为20%～30%，处于硬塑状态；地基土的压缩系数大多在0.5 MPa－1以下；自由膨胀率大多在60%以下，最大达到90%；胀缩总率基本在4%以下；膨胀力大多在40 kPa以下，基本为弱膨胀土，局部分布中等膨胀土。对于本工程，最小路堤高度 1.7 m，地基土在路堤荷载作用下不会产生显著的膨胀变形。路堤覆盖作用使地基内地下水蒸发量减小甚至消失，地基土也不至于发生干缩变形。因此膨胀土特有的胀缩问题在本工程的地基中基本不存在。地基土基本为中等压缩性土，路堤荷载不大，设计单位计算的地基沉降大多小于15 cm，本工程在路面施工前还有6～9个月的预压期，工程建成后的工后沉降也将能够满足高速公路规范对路基沉降的要求。

(a)

(b)

(c)

(d)

图1 原状土的物理力学指标随深度的变化规律Fig.1 Physico-mechanical parameters of undisturbed soil vs.depth

2

4

6

8

1520253035

含水率/%

深

度/

m

2

4

6

压缩系数/MPa－1

深

度/

m

1

2

3

4

5

6

020*********

自由膨胀率/%

深

度/

m

1

2

3

4

5

6

012345

胀缩总率/%

深

度/

m