铁路膨胀土改良主要方法

铁路膨胀土改良的主要方法研究

摘要：膨胀土具有吸水膨胀软化，失水收缩开裂及反复变化的特点，易形成路基病害。路堤在降雨后沉降、变形较大和边坡坍肩、路肩开裂以及造成发生路堑堑坡冲蚀、剥蚀、溜坍及滑坡等现象。本文通过试验研究, 总结出膨胀土改良的具体方法，为膨胀土路基施工技术提供了工程借鉴。

关键词：铁路膨胀土；改良方法；特性；试验

abstract: expansive soil with water swelling softening, shrinkage cracking and repeated changes in the characteristics, easy to form subgrade disease. after raining embankment settlement, deformation and slope collapse subgrade cracks and shoulder, causing the cutting slope erosion, erosion, collapse and landslide phenomenon. in this paper, through test and study, summed up the concrete methods of expansive soil, expansive soil subgrade construction technology for providing reference for the engineering.

keywords: railway expansive soil; modified method of characteristics; test;

膨胀土主要是由强亲水性粘土矿物蒙脱石和伊利石组成的, 是具有膨胀性、多裂隙性和超固结性的高液限黏土。我国是膨胀土分布最广、面积最大的国家之一, 发现膨胀土灾害的地区已有20 多个。近年来, 随着铁路、公路等基础建设的迅猛发展, 在设计和施

工中, 常常遇到膨胀土改良的课题。在填料缺乏地区, 膨胀土通过改良后被广泛使用。采用膨胀土作为填料时, 必须要对改良前后填料材质的物理力学性质、水理性质、动力特性等方面进行大量试验, 以此作为科学施工的依据。

1.膨胀土的特性

膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩开裂的特种黏性土。其矿物

成分以强亲水性矿物蒙脱石和伊利石为主。在自然条件下,多呈硬

塑或坚硬状态,裂隙较发育,常见光滑面和擦痕,裂缝随气候变化张

开和闭合,并具有反复胀缩的特性; 多出露于二级及二级以上的阶地,山前丘陵和盆地边缘,地形坡度平缓,无明显自然陡坎。主要特

征有胀缩性、裂隙性和超固结性。

2.膨胀土的改良试验

处理施工膨胀土化学改良方法的试验, 如掺石灰、水泥、粉煤灰、合成固化剂、合成树脂和磷酸等等, 使之发生一定的物理化学反应, 最终降低土的亲水性, 提高自身的稳定性, 以达到路基填

料的要求。苏皖境内某新建高速铁路沿线地区填料大多为膨胀土, 主要表现为黄色的和褐色的高液限黏土, 为中等和弱等膨胀土。在施工中, 为了了解预期改良施工效果, 我们选取有代表性的中等

和弱等膨胀土土样，采用掺加石灰的方法，进行一系列的理化试验。

2.1填料级配分析

粒径组成是分析膨胀土性质的一项重要参数, 特别是粘粒含量, 粘粒含量越多往往意味着土体具有更大的膨胀潜势和更高的塑性。

通过级配分析试验, 其结果见表1。

填料改良前后颗粒组成对比表1

试验结果表明, 中等和弱等膨胀土虽然同为高液限黏土, 但中等膨胀土的粘粒含量要比弱等膨胀土高。而膨胀土填料经石灰改良后其颗粒级配将发生较大的改变, 弱膨胀土的粘粒含量大幅减少, 从改良前的39.4%降低到了改良后的12.1%~14.2%;粉粒含量明显增大, 中膨胀土的粘粒含量大幅减少, 从改良前的44.8%左右降低到了改良后的7.9%~15.9%;粉粒量明显增加。总的趋势是细颗粒含量( 特别是粘粒含量) 大幅降低, 粗颗粒含量增加。

2.2填料的膨缩性质变化

膨胀土的胀缩性不仅取决于土的物质成份和微观结构, 还与它的初始含水量和干密度有着密切的关系。粘粒含量越多,蒙脱石含量越大的土胀缩性越大; 初始含水量越大, 干密度越低的土膨胀量越小, 收缩量越大, 反之亦然。试验中分别对2 种填料( 中、弱膨胀土) 掺灰量5%情况下的自由膨胀率、膨胀力试验, 试验结果见图1

图1 改良前后自由膨胀率变化

从图1 可以看出, 改良后膨胀土的自由膨胀率和膨胀力减小, 由此可见石灰改良对减弱膨胀土的膨胀性效果是明显的。

3.铁路施工处理膨胀土主要方法:掺无机结合料改性

目前铁路施工处理膨胀土的方法主要是化学改性, 如掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化纳、氯化钙、沥青、合成固化剂、合成树脂和磷酸等等,使之与土壤发生一定的物理化学反应, 以改变原土的物理力学性质来稳定膨胀土。路堤填料改良是将粉碎的土和其他添加剂、水进行充分拌合后,再用机械压实养护而形成稳定的土体。综合分析各种改良方法已有的成果及经验教训,特别借鉴近年来的试验成果,考虑到石灰在改良高塑性黏土所具有的优势，以及合宁线沿线被改良土质的特性、料源、施工设备以及试验成果的推广前景等各种条件,本次室内改良试验选用的改良剂为石灰(包括生石灰、熟石灰)。石灰改良的室内试验研究中, 掺灰量的确定是试验的主要内容之一。

3.1以某一线路基施工为工程背景,通过实验分析填料的矿物成分、颗粒级配及其物理性质, 探究填料的膨胀性质及其影响因素。本工程试验是石灰(包括生石灰、熟石灰) 的掺入重量比分别为4%、5%、6%、7%、8%。试验项目包括改良前后，土的颗粒分析、物理性质、水理性质、强度试验和土的膨胀性指标测定等。为了解全段土源在改良前后的物理力学性质、胀缩特性、水理性能等指标,在对全段取土场土源的膨胀性指标进行详细查明后，选取了两种有代表性的土样（一号土场和二号土场）:一种弱膨胀性土源和一种中等膨胀性土源取样，进行室内改良试验研究。

对改良土的强度、颗粒级配、胀缩性等综合分析发现,取一号土场最佳掺灰比(包括生、属石灰)定为6%(石灰含量与干土质量百分