CN108611953B

CN108611953B - 一种过湿土路基压实控制方法

Info

Publication number: CN108611953B
Application number: CN201810417855.2A
Authority: CN
Inventors: 张锐; 郑健龙; 刘闯; 潘德雄; 李邦武; 肖宇鹏
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2020-06-09
Anticipated expiration: 2038-05-04
Also published as: CN108611953A

Abstract

本发明公开了一种过湿土路基压实控制方法，包括确定过湿土的最大干密度、湿法测试过湿土的CBR和CBR膨胀量、测定过湿土的结合水、确定过湿土路基压实最小干密度和现场试验确定压实控制范围。测定过湿土的结合水并将结合水视为过湿土中土颗粒的一部分，防止减少土中实际不可压缩部分的质量和体积，避免造成计算得到的干密度偏低使得到的压实度也偏低，步骤D中所确定的压实控制含水率接近天然含水率，容易到达压实要求，干湿度要求相对要低，承载力足够且符合实际工况，步骤B中在过湿土的天然含水率至最佳含水率之间进行湿法击实试验和CBR试验,能够确定高含水率状态下和重型击实条件下过湿土的强度是否满足规范要求。

Description

一种过湿土路基压实控制方法

技术领域

本发明涉及一种压实控制方法，具体为一种过湿土路基压实控制方法，属于路基工程技术领域。

背景技术

过湿土是指含水率大于塑限含水率，必须采取相应技术措施加以处理方可压实到规定压实度的细粒土(粒径小于等于0.075mm的颗粒质量大于或等于总质量50％的土)，大多属于高液限土(液限大于50％)。我国的过湿土分布广，主要集中在占我国陆域面积的25％、气候湿润的南方地区，在我国南方地区高速公路建设中最为常见。因南方地区过湿土细粒含量大、天然含水率高，按照《公路土工试验规程(JTG E40-2007)》干法重型击实试验确定的最佳含水率远低于天然含水率。在我国南方地区湿润气候条件下，通常需要花费2～4天的连续不降雨的时间，利用铧犁机等施工设备多次对过湿土填料翻晒，才能将含水率降至最佳含水率进行压实，达到下路堤压实度不低于93％的要求，造成工期大幅度延长，建设费用增加，在多雨季节甚至无法进行施工。直接在天然含水率状态下或大于最佳含水率状态下进行压实，又很难达到压实度要求。为此，我国现行的《公路施工技术规范(JTG F10-2006)》对土质路基压实度标准提出“路堤采用特殊填料或处于特殊气候地区时，压实度标准根据试验路在保证路基强度要求的前提下可适当降低”，但如何确定压实度标准降低幅度没有具体明确。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种过湿土路基压实控制方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种过湿土路基压实控制方法，包括

A)确定过湿土的最大干密度，确定在重型击实条件下过湿土所能达到的最大密实状态。

B)湿法测试过湿土的CBR和CBR膨胀量，确定高含水率状态下过湿土是否能满足路基土的强度要求，是否充分吸附了结合水。

C)测定过湿土的结合水，利用国内外普遍采用的等温吸附法对土样进行结合水含量测试。

D)确定过湿土路基压实最小干密度，根据干法击实试验获得的最大干密度、规范对路基压实度的要求和过湿土结合水的含量，综合确定过湿土路基压实最小干密度要求。

E)现场试验确定压实控制范围，确定过湿土现场压实控制工艺，为全路段压实控制提供依据。

其中，所述湿法测试过湿土的CBR和CBR膨胀量的CBR膨胀量小于0.5％，可以视为过湿土中的土颗粒已经充分吸附了强、弱结合水，所对应的含水率状态下的过湿土可以将结合水视为土颗粒的一部分，所述测定过湿土的结合水包括强结合水和弱结合水。

步骤A,按四分法至少准备5份烘干状态下碾碎后过2mm筛的过湿土土样，分别加入不同水分(按2％～3％含水率递增)并进行编号，拌匀后焖料一天备用，对1～5号土样进行重型击实试验，完成击实后，分别测量1～5号土样的含水率和干密度，并得到土样最大干密度。

步骤B，取至少5份天然含水率状态下的过湿土土样，用手拣除其中大于40mm的粗石子，编号为6、7、8、9、10，测量6号土样的天然含水率，7、8、9、10号土样经干燥，使其含水率比6号土样天然含水率依次降低2-4％，分别得到7、8、9、10号土样的含水率，对6～10号土样分别进行重型击实，完成击实后，分别测量6～10号土样在相应含水率状态下的干密度，然后，按CBR试验要求将6～10号土样在水中浸泡4天后，分别进行CBR试验，得到5个土样不同初始含水率和初始干密度状态下浸水4天后的CBR和CBR膨胀量。

步骤C，采用将风干的过湿土碾碎研磨至颗粒完全分散，取10g左右土样在105℃下烘至恒重，在干燥器的底部配置饱和的硫酸钾溶液，并将环境温度控制在20℃～25℃，在干燥器中形成相对湿度为98％的湿度环境，将盛有烘干土的表面皿，放置在干燥器内的多孔板上，盖上干燥器盖，并进行密封，采用精度为0.001g的电子天平，每隔24h称量一次表面皿质量，直至质量不再发生变化。

步骤D，若过湿土路基某一层位的压实度不得低于K，当不考虑土颗粒的结合水时，现场压实控制的最小干密度为：

ρ_d＝ρ_dmax·K

对于过湿土，要将结合水作为土颗粒的一部分，因此现场压实控制最小干密度为：

步骤E，将天然含水率状态下的过湿土在现场采用重型压实机械进行压实，按照常规灌砂法测定在该含水率状态下所能达到的最大干密度，若该干密度能大于现场压实控制最小干密度，且根据对应的CBR也能满足CBR要求，则表明天然含水率状态下过湿土可以直接压实利用。若不满足CBR和现场压实控制最小干密度的要求，则需稍微降低含水率，直至现场测得干密度大于现场压实控制最小干密度且该含水率状态下的CBR满足CBR要求。

优选的，为了避免造成计算得到的干密度偏低使得到的压实度也偏低，所述测定过湿土的结合水的步骤中将结合水视为过湿土中土颗粒的一部分。

优选的，为了使承载力足够且符合实际情况，所述步骤D)中所确定的压实控制含水率接近天然含水率。

优选的，为了能够确定高含水率状态下和重型击实条件下过湿土的强度是否满足规范要求，所述步骤B)中在过湿土的天然含水率至最佳含水率之间进行湿法击实试验和CBR试验。

本发明的有益效果是：该过湿土路基压实控制方法设计合理，测定过湿土的结合水并将结合水视为过湿土中土颗粒的一部分，防止减少土中实际不可压缩部分的质量和体积，避免造成计算得到的干密度偏低使得到的压实度也偏低，步骤D中所确定的压实控制含水率接近天然含水率，容易到达压实要求，干湿度要求相对要低，承载力足够且符合实际工况，步骤B中在过湿土的天然含水率至最佳含水率之间进行湿法击实试验和CBR试验,能够确定高含水率状态下和重型击实条件下过湿土的强度是否满足规范要求。

附图说明

图1为本发明结构干法重型击实曲线示意图；

图2为本发明结构湿法击实CBR曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种过湿土路基压实控制方法，包括

其中，所述湿法测试过湿土的CBR和CBR膨胀量的CBR膨胀量小于0.5％，可以视为过湿土中的土颗粒已经充分吸附了强、弱结合水，所对应的含水率状态下的过湿土可以将结合水视为土颗粒的一部分，所述测定过湿土的结合水包括强结合水和弱结合水，所述测定过湿土的结合水中将结合水视为过湿土中土颗粒的一部分，防止减少土中实际不可压缩部分的质量和体积，避免造成计算得到的干密度偏低使得到的压实度也偏低，所述步骤D中所确定的压实控制含水率接近天然含水率，容易到达压实要求，干湿度要求相对要低，承载力足够且符合实际情况，所述步骤B中在过湿土的天然含水率至最佳含水率之间进行湿法击实试验和CBR试验,能够确定高含水率状态下和重型击实条件下过湿土的强度是否满足规范要求。

海南万宁至洋浦高速公路高液限土路基压实控制工程实例

万洋高速公路共查明高液限土约247万方，其中第五合同段约10万方、第六合同段约36万方、第九合同段约122万方、第十合同段约36万方和第十一合同段约43万方。高液限土具有细颗粒含量高、亲水性强、天然含水率高、水稳定性差等不良工程性质，加之海南具有降雨频繁、湿度大的气候特征，利用高液限土直接填筑路基时很难通过翻晒降至压实控制含水率，且难以达到压实标准。若全部采用弃土换填，将大量占地，并造成严重的水土流失和生态环境破坏。交通运输部提出了加快推进“绿色交通”的发展战略决策，以及资源节约、环境友好的绿色公路建设理念，于2016年将万洋高速选定为第一批绿色公路建设典型示范工程。如何在海南多雨气候条件下科学、充分地利用高液限土填筑路基，保证工程质量和进度，节约资源、保护环境，是万洋高速建设中迫切需要解决的一大工程技术难题。

在万洋高速公路现场采集高液限土原状土样和扰动土样，进行基本物理性质指标和工程性质试验，室内试验结果表明：万洋高速公路高液限土样的细粒含量为63.6％，液限为54.0％，塑限为30.0％，根据公路现行高液限土判别分类标准，所取土样为高液限土。实测天然含水率为29％，采用本发明方法，先对海南高液限土依次进行试样制备、击实、承载比(CBR)、结合水含量即现场试验路段测试试验，确定压实控制标准后再进行路基压实，具体实施步骤如下：

按四分法至少准备5份烘干状态下碾碎后过2mm筛的过湿土土样，分别加入不同水分(按2％～3％含水率递增)编号为1、2、3、4、5；拌匀后焖料一天备用；对1-5号土样进行重型击实试验，完成击实后，分别测量1～5号土样的含水率ω₁＝12.4％、ω₂＝15％、ω₃＝18.1％、ω₄＝21.1％、ω₅＝23.5％和干密度ρ₁＝1.68g/cm³、ρ₂＝1.72g/cm³、ρ₃＝1.74g/cm³、ρ₄＝1.68g/cm³、ρ₅＝1.62g/cm³，然后，在直角坐标系中，绘制ρ-ω曲线，得到干密度随含水率变化的曲线；得到土样最大干密度作为路基压实控制干密度ρ＝1.74。

取至少5份天然含水率状态下的过湿土土样，用手拣除其中大于40mm的粗石子，编号为6、7、8、9、10，测量6号土样的天然含水率ω₆＝29％；7、8、9、10号土样经干燥，使其含水率比6号土样天然含水率ω₆依次降低2-4％，分别得到7、8、9、10号土样的含水率ω₇＝27.7％、ω₈＝21.7％、ω₉＝18.7％、ω₁₀＝16.2％，对6～10号土样分别进行重型击实，完成击实后，分别测量6～10号土样在相应含水率状态下的干密度ρ₆＝1.47g/cm³、ρ₇＝1.51g/cm³、ρ₈＝1.59g/cm³、ρ₉＝1.61g/cm³、ρ₁₀＝1.59g/cm³，然后，按CBR试验要求将6-10号土样在水中浸泡4天后，分别进行CBR试验，得到5个土样分别在(29％，1.47g/cm³)、(27.7％，1.51g/cm³)、(21.7％，1.59g/cm³)、(18.7％，1.61g/cm³)和(16.2％，1.59g/cm³)不同初始含水率和初始干密度状态下浸水4天后的CBR分别为6.2％、9.4％、12.2％、6.1％、3.8％，绘制CBR-ω曲线，得到过湿土CBR随初始含水率ω₆、ω₇、ω₈、ω₉、ω₁₀变化的曲线，CBR膨胀量分别为0.08％、0.33％、0.90％、1.38％、1.92％；土的吸水膨胀可以解释为土颗粒结合水膜增厚，对于过湿土，在天然含水率下CBR膨胀量为0.08％，非常小，即土颗粒已经完全吸附了结合水，且天然含水率下CBR为6.2％，满足规范中对路基强度的要求。

将风干的过湿土碾碎研磨至颗粒完全分散，取该土样在105℃～110℃下烘至恒重，采用等温吸附法对土样进行结合水含量测试，根据大量研究表明，土颗粒在相对湿度98％的环境下吸附的水为结合水，相对湿度大于98％的环境下吸附的水为自由水，在密闭空间内饱和硫酸钾溶液形成相对湿度为98％的湿度环境，将配有饱和硫酸钾溶液的干燥器放入20℃恒温箱内，试验时采用精度较高的分析天平取烘干土样10g放置在表面皿上，再将表面皿放置在干燥器内每隔24h称量一次，直至吸附水汽达到平衡，平衡后根据测得的土增加的质量得到吸附水结合的含量为ω_w＝8.68％；

采用本发明考虑结合水的一种过湿土压实控制方法可以知道控制最小干密度

通过现场试验路段试验结果可以知道由于不具备翻晒条件，高液限土填料在天然含水率下经过四遍碾压后干密度达到最大为1.50g/cm³，大于1.49g/cm³，满足要求。现场试验路段压实得到的最大干密度和含水率根据CBR-ω曲线可知该压实状态下的CBR为6.2％，满足要求规范对下路堤填料CBR不得小于3％的要求。

需要说明的是该方式只能用于路基的下路堤压实控制，不能用于上路堤和路床压实控制。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种过湿土路基压实控制方法，其特征在于，该控制方法包括：

A)确定过湿土的最大干密度，确定在重型击实条件下过湿土所能达到的最大密实状态；

B)湿法测试过湿土的CBR和CBR膨胀量，确定高含水率状态下过湿土是否能满足路基土的强度要求，是否充分吸附了结合水；

C)测定过湿土的结合水，利用国内外普遍采用的等温吸附法对土样进行结合水含量测试；

D)确定过湿土路基压实最小干密度，根据干法击实试验获得的最大干密度、规范对路基压实度的要求和过湿土结合水的含量，综合确定过湿土路基压实最小干密度要求；

E)现场试验确定压实控制范围，确定过湿土现场压实控制工艺，为全路段压实控制提供依据；

其中，所述湿法测试过湿土的CBR和CBR膨胀量的CBR膨胀量小于0.5％，可以视为过湿土中的土颗粒已经充分吸附了强、弱结合水，所对应的含水率状态下的过湿土可以将结合水视为土颗粒的一部分，所述测定过湿土的结合水包括强结合水和弱结合水；

所述步骤D)中，若过湿土路基某一层位的压实度不得低于K，当不考虑土颗粒的结合水时，现场压实控制的最小干密度为：

ρ_d＝ρ_dmax·K

2.根据权利要求1所述的一种过湿土路基压实控制方法，其特征在于：所述步骤A)中,按四分法至少准备5份烘干状态下碾碎后过2mm筛的过湿土土样，分别加入不同水分并进行编号，拌匀后焖料一天备用，对1～5号土样进行重型击实试验，完成击实后，分别测量1～5号土样的含水率和干密度，并得到土样最大干密度。

3.根据权利要求2所述的一种过湿土路基压实控制方法，其特征在于：所述步骤B)中，取至少5份天然含水率状态下的过湿土土样，用手拣除其中大于40mm的粗石子，编号为6、7、8、9、10，测量6号土样的天然含水率，7、8、9、10号土样经干燥，使其含水率比6号土样天然含水率依次降低2-4％，分别得到7、8、9、10号土样的含水率，对6～10号土样分别进行重型击实，完成击实后，分别测量6～10号土样在相应含水率状态下的干密度，然后，按CBR试验要求将6～10号土样在水中浸泡4天后，分别进行CBR试验，得到5个土样不同初始含水率和初始干密度状态下浸水4天后的CBR和CBR膨胀量。

4.根据权利要求3所述的一种过湿土路基压实控制方法，其特征在于：所述步骤C)中，采用将风干的过湿土碾碎研磨至颗粒完全分散，取10g左右土样在105℃下烘至恒重，在干燥器的底部配置饱和的硫酸钾溶液，并将环境温度控制在20℃～25℃，在干燥器中形成相对湿度为98％的湿度环境，将盛有烘干土的表面皿，放置在干燥器内的多孔板上，盖上干燥器盖，并进行密封，采用精度为0.001g的电子天平，每隔24h称量一次表面皿质量，直至质量不再发生变化。

5.根据权利要求4所述的一种过湿土路基压实控制方法，其特征在于：

所述步骤E)中，将天然含水率状态下的过湿土在现场采用重型压实机械进行压实，按照常规灌砂法测定在该含水率状态下所能达到的最大干密度，若该干密度能大于现场压实控制最小干密度，且根据对应的CBR也能满足CBR要求，则表明天然含水率状态下过湿土可以直接压实利用；若不满足CBR和现场压实控制最小干密度的要求，则需稍微降低含水率，直至现场测得干密度大于现场压实控制最小干密度且该含水率状态下的CBR满足CBR要求。

6.根据权利要求5所述的一种过湿土路基压实控制方法，其特征在于：所述测定过湿土的结合水的步骤中将结合水视为过湿土中土颗粒的一部分，防止减少土中实际不可压缩部分的质量和体积，避免造成计算得到的干密度偏低使得到的压实度也偏低。

7.根据权利要求6所述的一种过湿土路基压实控制方法，其特征在于：所述步骤D)中所确定的压实控制含水率接近天然含水率，容易到达压实要求，干湿度要求相对要低，承载力足够且符合实际情况。

8.根据权利要求7所述的一种过湿土路基压实控制方法，其特征在于：所述步骤B)中在过湿土的天然含水率至最佳含水率之间进行湿法击实试验和CBR试验,能够确定高含水率状态下和重型击实条件下过湿土的强度是否满足规范要求。