CN109580420B - 一种高液限土填筑含水率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高液限土填筑含水率控制方法，首先通过浸水试验确定高液限土填筑含水率指标，获得土体最优填筑含水率范围，再利用土体最优填筑含水率范围确定现场最优填筑含水率范围。利用本发明方法严格控制填筑时的含水率，使得高液限土路堤不仅在填筑后能满足规范要求，而且在干湿循环作用后的压实度也同样能满足相应的要求，确保路基工程满足沉降变形及长期水稳定性要求，避免出现裂隙、不均匀沉降、滑踏等病害，保证公路工程的安全使用。
Description
技术领域
本发明涉及公路高液限土路堤施工方法，更具体地说是一种高液限土填筑含水率控制方法。
背景技术
在《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)中对于高液限土的定义是：高液限土是一种细粒土，其同时具备两个分类特性：一是小于0.074mm的颗粒的含量大于50％；二是液限大于50％。由于高液限土具有液塑限较高、天然含水率较大、渗透性较低、压缩性较大等诸多不良物理力学性能，往往直接填筑时的质量达不到规范要求，而含水率是影响填筑压实效果的直接原因。
由于高液限土中亲水性矿物成分含量较高，细颗粒含量较大，土颗粒间的胶结作用大大提高土体的连接强度，造成填筑时的大土块含量较高，保水性较强，而采用晾晒方法降低高液限土的含水率效果并不明显，造成填筑质量达不到规范要求，土体易出现“弹簧土”现象，因此填筑前应严格控制高液限土填料的压实含水率差，使得填筑后高液限土能够满足相关标准中对于路堤填料不同部位的压实度质量要求，如表1：
表1路堤、路床填料最小压实度要求(％)
一些南方地区在夏季一般是以暴雨与高温相伴，雨季时大气降水或地表径流会沿裂缝渗入土体孔隙，同时高液限土中亲水性矿物成分含量较高、细颗粒含量较大，造成毛细水现象比较严重，而在旱季又通过蒸腾或蒸发作用散失水分，致使路基含水量不断变化。造成某些填筑高液限土路段在施工完成时按现行规范检测满足要求，但运营一段时间后，路堤易出现裂隙、不均匀沉降和滑踏等病害，不能长期满足水稳定性要求。
综上所述，高液限土的工程性质相对较差，天然含水率较高，填筑压实效果不理想，且填筑后的水稳定性较差。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种高液限土填筑含水率控制方法，严格控制填筑时的含水率，使得高液限土路堤不仅在填筑后能满足规范要求，而且在干湿循环作用后的压实度也同样能满足相应的要求，确保路基工程满足沉降变形及长期水稳定性要求，避免出现裂隙、不均匀沉降、滑踏等病害，保证公路工程的安全使用。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明高液限土填筑含水率控制方法的特点是按如下步骤进行：
步骤1：浸水试验
通过土样室内击实试验获得土体最优含水率ωopt和最大干密度ρdmax的值；
按照不同的浸水前含水率ω前i制作n组压实土样，i＝1,2…n；将所述浸水前含水率ω前i的取值范围设置为(ωopt-2％)至(ωopt+6％)，所述n组压实土样的压实度统一控制为压实度定值K1；
对于所述n组压实土样进行浸水养护，在完成48小时浸水养护后，分别测定获得各组压实土样的浸水后压实度k后i；
步骤2：确定高液限土填筑含水率指标
在直角坐标系中绘制k后i-ω前i曲线，在所述k后i-ω前i曲线中确定出浸水后压实度k后i不小于(K1-2％)的浸水前含水率范围，设定所述浸水前含水率范围为土体最优填筑含水率范围ωf；
步骤3：确定现场最优填筑含水率范围
在所述土体最优填筑含水率范围ωf内均匀选取m个含水率值,将所选取的m个含水率值一一对应设置为m个现场试验段的土体碾压含水率ωj，j＝1,2,…,m，在直角坐标系统中绘制m个现场试验段的压实度kj随碾压遍数的变化曲线，若有现场试验段A的最大压实度大于或等于K1，则判断为现场试验段A的土体碾压含水率ωA满足工程要求，以土体碾压含水率ωA作为现场最优填筑含水率；m个现场试验段中，所有最大压实度大于或等于K1的现场试验段的土体碾压含水率构成现场最优填筑含水率范围。
本发明高液限土填筑含水率控制方法的特点也在于：所述压实度定值K1为规范中高液限土在路堤中填筑部位的压实度最低要求。
本发明高液限土填筑含水率控制方法的特点也在于：所述n组压实土样的压实度统一控制为压实度定值，是采用称重法测得击实筒内土样的重量，并根据土样含水率和压实度定值来计算获得此含水率状态下的土样压实后的体积，进而控制压实度定值。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明是以压实高液限土浸水前后压实度为指标，确定最优填筑含水率，能确保路基工程满足沉降变形及长期水稳定性要求，避免出现裂隙、不均匀沉降和滑踏等病害，保证公路工程的安全使用。
2、本发明方法简单实用，易于实施。
附图说明
图1为本发明实施例1中得到的k后i-ω前i的关系曲线；
图2为本发明对比例1中得到的k前i随碾压遍数的关系曲线；
图3为本发明实施例2中得到的k后i-ω前i的关系曲线；
图4为本发明对比例2中得到的k前i随碾压遍数的关系曲线；
图5为本发明实施例3中得到的k后i-ω前i的关系曲线；
图6为本发明对比例3中得到的k前i随碾压遍数的关系曲线。
具体实施方式
具体实施中，高液限土填筑含水率控制方法是按如下步骤进行：
步骤1：浸水试验
1.1、通过土样室内击实试验获得土体最优含水率ωopt和最大干密度ρdmax的值；
1.2、按照不同的浸水前含水率ω前i制作n组压实土样，i＝1,2…n；将浸水前含水率ω前i的取值范围设置为(ωopt-2％)至(ωopt+6％)，n组压实土样的压实度统一控制为压实度定值K1，
1.3、对于n组压实土样进行浸水养护，在完成48小时浸水养护后，分别测定获得各组压实土样的浸水后压实度k后i。
具体实施中，压实度定值K1为规范中高液限土在路堤中填筑部位的压实度最低要求；对于n组压实土样的压实度统一控制为压实度定值，是采用称重法测得击实筒内土样的重量，并根据土样含水率和压实度定值来计算获得此含水率状态下的土样压实后的体积，进而控制压实度定值。
步骤2：确定高液限土填筑含水率指标
在直角坐标系中绘制k后i-ω前i曲线，在k后i-ω前i曲线中确定出浸水后压实度k后i不小于(K1-2％)的浸水前含水率范围，设定浸水前含水率范围为土体最优填筑含水率范围ωf。
步骤3：确定现场最优填筑含水率范围
在土体最优填筑含水率范围ωf内均匀选取m个含水率值,将所选取的m个含水率值一一对应设置为m个现场试验段的土体碾压含水率ωj，j＝1,2,…,m，在直角坐标系统中绘制m个现场试验段的压实度kj随碾压遍数的变化曲线，若有现场试验段A的最大压实度大于或等于K1，则判断为现场试验段A的土体碾压含水率ωA满足工程要求，以土体碾压含水率ωA作为现场最优填筑含水率；m个现场试验段中，所有最大压实度大于或等于K1的现场试验段的土体碾压含水率构成现场最优填筑含水率范围。
实施例1：
安徽省的高液限土主要分布于安徽的皖南山区，黄祁高速公路穿越安徽皖南山区，不可避免地遇到高液限土处置问题，挖出的高液限土若不加填筑直接作为弃方处理，将产生严重的水土流失及生态环境破坏，而直接填筑高液限土路堤在经历几场大雨后，多个路段边坡发生不同程度的滑踏现象。
在黄祁高速公路K120+100处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：黄祁高速公路K120+100处高液限土土样的液限为53.0％，细颗粒含量为86.3％。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25.8％。采用本发明方法以浸水后压实度为目标的高液限土路基填筑含水率控制方法，先对皖南K120+100处的高液限土依次进行试样制备、击实和浸水后压实度试验，再确定基于现场试验段的压实度控制研究，具体实施步骤如下：
第一步、根据室内击实试验获得土体的最优含水率ωopt＝18.3％及最大干密度ρdmax＝1.698g/m3，将浸水前含水率ω前i的取值范围设置为16.3％至24.3％，配制浸水前含水率ω前i分别为：
ω前1＝16.3％、ω前2＝17.3％、ω前3＝18.3％、ω前4＝19.3％、
ω前5＝20.3％、ω前6＝21.3％、ω前7＝22.3％、ω前8＝23.3％、ω前9＝24.3％；
共9个试样，根据高液限土填筑在下路堤的压实度最低要求为93％，控制击实土体的压实度为一定值K1＝93％，将压实土样浸水养护48小时后，测定土体浸水后的压实度分别为：
k后1＝89.5％、k后2＝90.7％、k后3＝91.3％、k后4＝92.1、
k后5＝92.8、k后6＝93.2、k后7＝91.7、k后8＝90.8、k后9＝89.6；
第二步、将第一步所获得的9组数据，在直角坐标器中绘制浸水后的k后i随浸水前含水率ω前i分别为16.3％、17.3％、18.3％、19.3％、20.3％、21.3％、22.3％、23.3％、24.3％的变化曲线，如图1所示。由于填筑浸水后的高液限土路堤含水率较碾压含水率低，使得填筑时的高液限土路堤压实度虽满足要求，但后期高液限土路堤压实度降低幅度较大，固填筑浸水后的高液限土路堤压实度要求降低2％，根据图1可以得到压实度大于91％时的浸水前含水率范围ω＝(18.3％-22.3％)，即为最优填筑含水率范围，若不存在压实度大于91％的浸水前含水率，则认为该高液限土不能作为下路堤的填筑材料。根据上述参数，在确保现场碾压后的压实度需达到93％后，能够确保浸水后的高液限土压实度能够大于91％，满足路堤的承载力及长期水稳定性要求。
对比例1：
取实施例1同样的土样，最优含水率ωopt＝18.3％及最大干密度ρdmax＝1.698g/m3，在最优填筑含水率范围(18.3％-22.3％)内配制碾压前含水率ωj分别为ω1＝18.3％、ω2＝19.3％、ω3＝20.3％、ω4＝21.3％、ω5＝22.3％的5个试验段，进行现场碾压试验，压实机吨位为22T，松铺厚度为25cm，测得不同含水率ωj下的高液限土压实度kj随碾压遍数的变化曲线，如图2所示。根据图2，由不同含水率ωj时的高液限土压实度是否达到93％来确定最优填筑含水率范围，针对5个现场试验段，若是不存在最大压实度大于或等于93％的情况，则5个现场试验段的土体碾压含水率均不满足工程要求，该高液限土不能作为路堤相应部位的填料。与实施例1中的含水率相关要求对比，因此，(18.3％-20.3％)即为黄祁高速公路高液限土的最优填筑含水率范围。
实施例2：
云罗高速公路连接广东省西部地区的云浮市与罗定县，广东西部多为丘陵地区，在修筑过程中同样遇到高液限土处置问题。
在云罗高速公路K30+150处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：云罗高速公路K30+150处高液限土土样的液限为61.1％，细颗粒含量为94.4％。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25.8％。采用本发明以浸水后压实度为目标的高液限土K30+150处路基填筑含水率控制方法，先对云罗高速沿线K30+150处高液限土依次进行试样制备、击实和浸水后压实度试验，再确定基于现场试验段的压实度控制研究，具体实施步骤如下：
首先，根据室内击实试验获得土体最优含水率ωopt＝17.6％、最大干密度ρdmax＝1.758g/m3，将浸水前含水率ω前i的取值范围设置为15.6％至23.6％，配制浸水前含水率ω前i分别为ω前1＝15.6％、ω前2＝16.6％、ω前3＝17.6％、ω前4＝18.6％、ω前5＝19.6％、ω前6＝20.6％、ω前7＝21.6％、ω前8＝22.6％、ω前9＝23.6％的九组试样，根据高液限土填筑在下路堤的压实度最低要求为93％，控制击实土体的压实度为一定值K1＝93％，将压实土样浸水养护48小时后，测定土体浸水后的压实度分别为k后1＝88.8％、k后2＝89.9％、k后3＝90.7％、k后4＝91.5％、k后5＝92.1％、k后6＝92.5％、k后7＝91.7％、k后8＝91.0％、k后9＝89.6％；
在直角坐标器中绘制浸水后的k后i随着浸水前含水率ω前i的变化曲线，如图3所示。由于填筑浸水后的高液限土路堤含水率较碾压含水率低，使得填筑时的高液限土路堤压实度虽满足要求，但后期高液限土路堤压实度降低幅度较大，固填筑浸水后的高液限土路堤压实度要求降低2％，根据图3得到压实度大于91％时的浸水前含水率范围ω＝(18.6％-22.6％)，即为最优填筑含水率范围，若不存在压实度大于91％的浸水前含水率，则认为该高液限土不能作为下路堤的填筑材料。根据上述参数，在确保现场碾压后的压实度需达到93％后，能够确保浸水后的高液限土压实度能够大于91％，满足路堤的承载力及长期水稳定性要求。
对比例2：
取实施例2同样的土样，最优含水率ωopt＝17.6％及最大干密度ρdmax＝1.758g/m3，在最优填筑含水率范围(18.6％-22.6％)内配制碾压前含水率ωj分别为ω1＝18.6％、ω2＝19.6％、ω3＝20.6％、ω4＝21.6％、ω5＝22.6％的5组试验段，进行现场碾压试验，压实机吨位为22T，松铺厚度为25cm，测得不同含水率ωj下的高液限土压实度kj随碾压遍数的变化曲线，如图4所示。根据图4，由不同含水率ωj时的高液限土压实度是否达到93％来确定最优填筑含水率范围，针对5个现场试验段，若是不存在最大压实度大于或等于93％的情况，则5个现场试验段的土体碾压含水率均不满足工程要求，该高液限土不能作为路堤相应部位的填料。与实施例2中的含水率相关要求对比，因此，(18.6％-19.6％)即为云罗高速公路K30+150处的高液限土的最优填筑含水率范围。
实施例3：
广梧高速公路连接广东省广州市与广西省梧州市，是贯穿广东东西的一条长廊，由于广东西部多为丘陵地区，在修筑过程中同样遇到高液限土处置问题。
在广梧高速公路沿线K120+300处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：广梧高速公路K120+300处的高液限土土样的液限为78.9％，细颗粒含量为94.2％。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26.3％。采用本发明以浸水后压实度为目标的高液限土路基填筑含水率控制方法，先对广梧高速沿线高液限土依次进行试样制备、击实和浸水后压实度试验，再确定基于现场试验段的压实度控制研究，具体实施步骤如下：
根据室内击实试验获得土体的最优含水率ωopt＝18.9％及最大干密度ρdmax＝1.653g/m3，配制浸水前含水率ω前i分别为ω前1＝16.9％、ω前2＝17.9％、ω前3＝18.9％、ω前4＝19.9％、ω前5＝20.9％、ω前6＝21.9％、ω前7＝22.9％、ω前8＝23.9％、ω前9＝24.9％的九组试样，根据高液限土填筑在下路堤的压实度最低要求为93％，控制击实土体的压实度为一定值K1＝93％，将压实土样浸水养护48小时后，测定土体浸水后的压实度分别为k后1＝88.9％、k后2＝89.6％、k后3＝90.3％、k后4＝90.9％、k后5＝91.4％、k后6＝91.8％、k后7＝91.5％、k后8＝91.1％、k后9＝90.6％。
在直角坐标器中绘制浸水后的k后i随着浸水前含水率的变化曲线，如图5所示。由于填筑浸水后的高液限土路堤含水率较碾压含水率低，使得填筑时的高液限土路堤压实度虽满足要求，但后期高液限土路堤压实度降低幅度较大，固填筑浸水后的高液限土路堤压实度要求降低2％，根据图5，可以得到压实度大于91％时的浸水前含水率范围ω＝(20.9％-23.9％)，即为最优填筑含水率范围，若不存在压实度大于91％的浸水前含水率，则认为该高液限土不能作为下路堤的填筑材料。根据上述参数，在确保现场碾压后的压实度需达到93％后，能够确保浸水后的高液限土压实度能够大于91％，满足路堤的承载力及长期水稳定性要求。
对比例3：
取实施例2同样的土样，最优含水率ωopt＝17.6％及最大干密度ρdmax＝1.758g/m3，配制浸水前含水率ωj分别为ω1＝20.9％、ω2＝21.9％、ω3＝22.9％、ω4＝23.9％的四组试验段，进行现场碾压试验，压实机吨位为22T，松铺厚度为25cm，测得不同含水率ωj下的高液限土压实度kj随碾压遍数的变化曲线，如图6所示。针对4个现场试验段，若是不存在最大压实度大于或等于93％的情况，则5个现场试验段的土体碾压含水率均不满足工程要求，该高液限土不能作为路堤相应部位的填料。根据图6，由不同含水率ωj时的高液限土压实度是否达到93％来确定最优填筑含水率范围仅为20.9％，与实施例3中的含水率相关要求对比，考虑到高液限土的工程性质的随机性，因此，该广梧高速公路K120+300处高液限土不能作为路基填料。
随着浸水前含水率的增大，浸水后的压实度先最大后减小，且最大压实度所对应的浸水前含水率一般大于土体的最优含水率。
随着现场填筑含水率的增大，其最大现场碾压压实度先最大，后逐渐减小，且最大碾压压实度时的含水率一般大于最优含水率。
Claims (2)
1.一种高液限土填筑含水率控制方法，其特征是按如下步骤进行：
步骤1：浸水试验
通过土样室内击实试验获得土体最优含水率ωopt和最大干密度ρdmax的值；
按照不同的浸水前含水率ω前i制作n组压实土样，i＝1,2…n；将所述浸水前含水率ω前i的取值范围设置为ωopt-2％至ωopt+6％，所述n组压实土样的压实度统一控制为压实度定值K1；
对于所述n组压实土样进行浸水养护，在完成48小时浸水养护后，分别测定获得各组压实土样的浸水后压实度k后i；
步骤2：确定高液限土填筑含水率指标
在直角坐标系中绘制k后i-ω前i曲线，在所述k后i-ω前i曲线中确定出浸水后压实度k后i不小于K1-2％的浸水前含水率范围，设定所述浸水前含水率范围为土体最优填筑含水率范围ωf；
步骤3：确定现场最优填筑含水率范围
在所述土体最优填筑含水率范围ωf内均匀选取m个含水率值,将所选取的m个含水率值一一对应设置为m个现场试验段的土体碾压含水率ωj，j＝1,2,…,m，在直角坐标系统中绘制m个现场试验段的压实度kj随碾压遍数的变化曲线，若有现场试验段A的最大压实度大于或等于K1，则判断为现场试验段A的土体碾压含水率ωA满足工程要求，以土体碾压含水率ωA作为现场最优填筑含水率；m个现场试验段中，所有最大压实度大于或等于K1的现场试验段的土体碾压含水率构成现场最优填筑含水率范围；所述压实度定值K1为规范中高液限土在路堤中填筑部位的压实度最低要求。
2.根据权利要求1所述的高液限土填筑含水率控制方法，其特征是：所述n组压实土样的压实度统一控制为压实度定值，是采用称重法测得击实筒内土样的重量，并根据土样含水率和压实度定值来计算获得此含水率状态下的土样压实后的体积，进而控制压实度定值。
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