CN115541335A - 一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，涉及土木工程技术领域。步骤包括根据设计要求进行土工试验，初步选定满足设计要求的改良用专用固化剂及掺量比；根据试验所需土样数量，将风干后的样土土样过筛处理；根据相应的制作法，在制样器内分三层制成试样，将制好的多组试样放入标准养护箱中养护24h；完成无侧限抗压试验；汇总不同固化剂、不同掺量比和压实度试样的无侧限抗压试验结果，并绘制相应曲线，筛选专用固化剂及掺量比。本发明可在实验室内根据其强度变化规律对选定的水稳性满足设计要求的改良土填料进行使用，有效降低填筑完成后路基/场地工程缺陷的形成可能、及后续的使用和维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法。
背景技术
传统的路基填筑工艺中的填料都为采用开挖满足设计要求的天然的挖方材料组成。相应填料的室内试验方法相对比较成熟。继续大范围进行填料选取和开挖已不具备可持续性。对不能满足设计要求的填料或弃土通过相应改良剂的加入进行化学或物理改良，使改良后的改良土填料满足设计要求并用于实体工程将是一种趋势。目前就改良土填料检测要求大多仅为7天饱和无侧限抗压强度满足设计要求，常规7天饱和无侧限抗压强度检测方案仅仅只对填筑效果做一次评估，无法真实反映改良土填料填筑完成后全寿命使用周期中可能出现的反复多次浸水、失水现象对其的稳定性的不良影响。
中国专利CN102153303A公开了一种软岩风化物作为高速铁路路基填料的化学改良方法，其包括：选择破碎率大于40％、崩解率小于30％的软岩风化物；将所述软岩风化物制成最大粒径小于40mm、粒径为20mm-40mm的颗粒含量小于 20％、粒径小于10mm的颗粒含量大于60％的填料；加入掺入剂以形成改良土；对所述改良土进行拌和，直至拌和均匀；对改良土进行7天饱和无侧限抗压强度测试，若所述改良土的7天饱和无侧限抗压强度大于300kpa，则作为高速铁路路基填料。但是该专利适用于化学改良且无法真实反映改良土填筑完成后全寿命使用周期中可能出现的反复多次浸水、失水现象对其稳定性的不良影响。
因此，需要一种可以在实验室内对不同改良工艺参数的填料试样进行反复浸水、失水后的无侧限抗压强度进行试验的方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法。
为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：
一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，包括以下步骤：
步骤S1：根据设计要求或常规要求进行土工试验，完成相应待改良样土进行改良后试样的7天饱和无侧限抗压强度试验，初步选定满足设计要求的改良用专用固化剂及掺量比；
步骤S2：根据试验所需土样数量，将风干后的土样过筛处理；根据步骤S1 获得的固化剂及掺量比结果按最优含水率加水拌匀；
步骤S3：将试验土样在塑料袋内润湿12小时，按照7天饱和无侧限抗压强度试样的制作法，在制样器内分三层制成高度为50mm、直径为50mm的制作试样，将制好的多组试样放入标准养护箱中养护24h；
步骤S4：模拟路基完成填筑后在雨水入渗、蒸发条件下进行循环周次，完成7天饱和无侧限抗压试验；
步骤S5：汇总不同固化剂、不同掺量比和压实度试样的无侧限抗压试验结果，并绘制相应曲线，经过对比筛选确定满足设计要求或常规要求的专用固化剂及掺量比。
基于以上技术方案，更进一步地，步骤S4中7天饱和无侧限抗压试验，包括以下步骤：
步骤S41：将在标准养护箱中养护24h的多组试样放入恒温箱中，在70±2℃温度下烘干24h后取出，冷却至室温并进行称重；
步骤S42：任意取出一组试样进行7天饱和无侧限抗压强度试验；
步骤S43：在水槽中铺设透水石，加水至透水石顶面以下1mm位置处，保持水槽内水位平稳，再将干燥环境下养护过并晾放至室温的试样放置在饱和器中，并置于透水石上，试样通过透水石从水槽中吸水24h；
步骤S44：将吸水24h的试样从水槽中取出一组，脱去饱和器并擦干表面水分后，测量试样的直径及高度，进行7天饱和无侧限抗压试验；
步骤S45：将剩下未取出的试样重复进行步骤S41、步骤S43和步骤S44，继续进行试验，直至土样强度稳定。
基于以上技术方案，更进一步地，在7天饱和无侧限抗压强度试验前，需先完成击实试验，测定最优含水率，且7天饱和无侧限抗压强度是指在试样养护至第7天试验前，最后24小时的养护需浸入水中完成测试。
基于以上技术方案，更进一步地，最优含水率通过击实试验获得，且不同土性的样土、专用固化剂掺入比的不同，获得的相应改良土的最优含水率也不同。
基于以上技术方案，更进一步地，初步选定相应待改良样土是根据工程地质勘察报告进行相关组份和相关工程物理力学特性进行筛选确定的，且筛选因素至少包括有机质含量含量、硫酸盐含量、有毒有害物质含量和最大粒径。
基于以上技术方案，更进一步地，循环试验采用不同专用固化剂、同一掺量比的试样进行持续多次干湿循环试验，找寻无侧限抗压强度变化规律。
基于以上技术方案，更进一步地，循环周次以无侧限抗压试验成果相对稳定，并形成维持不变、持续减小或持续增加的规律为终止依据。
基于以上技术方案，更进一步地，对比筛选原则为：同一掺量比的专用固化剂选初始强度高，干湿循环试验中试样无侧限抗压试验成果稳定早、且能持续增长；确定性价比最优的专用固化剂和掺入比作为后续工艺性填筑实施的指导参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体体现在：
本发明记载的方法可以在实验室内对不同改良工艺参数的填料试样进行反复浸水、失水后的无侧限抗压强度试验，根据其强度变化规律进一步选定其中水稳性满足设计要求的改良土填料为工程所用，进而有效降低填筑完成后路基/场地工程缺陷的形成可能、及后续的使用和维护成本；将不能满足设计要求的填料或弃土改良、实现资源化再利用，满足工程需要的同时减少了对环境的不利影响，也顺应了国家的发展政策略；且该方法简单、易操作、高效，成本较低，具有相当的经济效益、社会效益。
附图说明
图1为本发明试验方法的流程图；
图2为实施例1中6％掺量下四种固化剂的7d饱和无侧限抗压强度在不同浸水、失水循环周次下变化曲线图；
图3为实施例1中6％掺量下四种固化剂的无侧限抗压强度损失量在浸水、失水循环周次试验下的变化曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“水平”、“左”、“右”、“前”、“后”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示的一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，包括以下步骤：
步骤S1：根据设计要求或常规要求进行土工试验，完成相应待改良样土进行改良后试样的7天饱和无侧限抗压强度试验，初步选定满足设计要求的改良用专用固化剂及掺量比；
具体的，根据设计要求或常规要求进行土工试验。完成相应待改良样土进行改良后试样的7天饱和无侧限抗压强度试验，初步选定满足设计要求或常规要求的几种改良用专用固化剂及其掺量比；其中待改良样土包括挖方弃土、渣土、建筑垃圾等拟用填料原土；专用固化剂一般选择不少于3种。
步骤S1中所述设计或常规要求是指化学改良土填料填筑后的路基或场地压实标准主要控制技术要求，通常为：压实系数和7天饱和无侧限抗压强度等。7 天饱和无侧限抗压强度试验前需先完成击实试验，测定其最优含水率。每个7 天饱和无侧限抗压强度须对应相应专用固化剂掺量比。
7天饱和无侧限抗压强度是指在试样养护至第7天试验前，最后24小时的养护需浸入水中完成测试；如此养护的试样无侧限抗压强度为7天饱和无侧限抗压强度。试验前的最后24小时的养护继续前面6天的养护方式对应的试样无侧限抗压强度为7天无侧限抗压强度。
步骤S1中所述初步选定相应待改良样土须根据工程地质勘察报告进行相关组份和相关工程物理力学特性进行筛选确定；必要时进一步细化分析其粒径和成份等，如：有机质含量含量、硫酸盐含量、有毒有害物质含量、最大粒径要求等都必须满足相应国家标准、设计要求；必要时还需分析其化学元素组分。初步判定其经过改良后的填料经填筑作业能满足设计要求或常规要求。
步骤S1中所述专用固化剂是指为满足设计要求或常规要求，针对确定的相应待改良样土特性专门配置的固化剂，待改良样土中加入该固化剂进行改良后能作为满足设计要求或常规要求的填筑用料使用。专用固化剂主要组分需根据待改良样土成分性质确定。掺量比通常是指专用固化剂与样土干重量之比，也可按设计要求或常规要求计量。
且步骤S1参照相关规程、规范和技术要求完成击实试验和7天饱和无侧限抗压强度试验。
步骤S2：根据试验所需土样数量，将风干后的土样过筛处理；根据步骤S1 获得的固化剂及掺量比结果按最优含水率加水拌匀；其中，化学改良用样土粒径的过筛处理一般不超过5mm；而最优含水率必须通过击实试验取得，不同土性的样土、专用固化剂掺量比的不同，其相应改良土的最优含水率都可能不同，且最优含水率是化学改良土填筑压实度的重要保障。步骤S2中最优含水率已在步骤S1的击实试验中获得，对应专用固化剂和掺量比有相应的最优含水率。其中，最优含水率，对同一种土料，在标准击实条件下，能够达到的干密度的最大值称为最大干密度，此时相应的含水率称为最优含水率。
步骤S3：将试验土样在塑料袋内润湿12小时，按照7天饱和无侧限抗压强度试样的制作法，在制样器内分三层制成高度为50mm、直径为50mm的制作试样，将制好的多组试样放入标准养护箱中养护24h；其中的制作法是根据相应规程规范和标准进行，具体制作过程可参照《铁路工程土工试验规程》(TB10102)、《公路土工试验规程》(JTG3430)等规程规范或标准中相关内容完成。
步骤S4：模拟路基完成填筑后在雨水入渗、蒸发条件下进行循环周次，完成7天饱和无侧限抗压试验；
其中，循环试验采用不同专用固化剂、同一掺量比的试样进行持续多次干湿循环试验，找寻其无侧限抗压强度变化规律。具体的循环周次以无侧限抗压试验成果相对稳定，并形成一定规律为终止依据，例如维持不变、持续减小或持续增加等规律。具体掺量比由步骤S1试验确定，掺量比也可以选用一种或两种及以上，具体视多次干湿循环试验时的试样无侧限抗压强度变化规律确定。
且试样或改良土填料7天无侧限抗压试验与7天饱和无侧限抗压试验，具体由设计要求和常规要求确定；并在固化剂及掺量比初步筛选过程中使用。具体在试样进行浸水、失水的干湿循环试验阶段的无侧限抗压试验不适用7天饱和无侧限抗压强度。
步骤S5：汇总不同固化剂、不同掺量比和压实度试样的无侧限抗压试验结果，并绘制相应曲线，经过对比筛选确定满足设计要求或常规要求的专用固化剂及掺量比。此步骤是一个综合性对比过程，必须选用能满足设计要求或常规要求的专用固化剂，且价廉物美。
具体的，上述对比筛选原则：同一掺量比的专用固化剂选初始强度高，干湿循环试验中试样无侧限抗压试验成果稳定早、且能持续增长，最小值满足设计或常规要求；在此基础上在进行成本核算；确定性价比最优的专用固化剂和掺量比为后续工艺性填筑实施指导参数。
其中，步骤S1的作用就是在众多固化剂中初步筛选出几种满足相应样土的专用固化剂，不同掺量比的这几种专用固化剂改良的样土试样7天(饱和)无侧限抗压强度均满足设计或常规要求。初步筛选出来的几种专用固化剂种哪一种最适用试验样土须通过本专利干湿循环试验进一步验证。在室内试验阶段验证经专用固化剂改良后的样土填料填筑后在其漫长几十年的使用周期内不会因为出现浸水、失水造成工程力学性质出现明显损失影响正常使用，减少工程损失。
基于以上技术方案，更进一步地，步骤S4中无侧限抗压试验，包括以下步骤：
步骤S41：将在标准养护箱中养护24h的多组试样放入恒温箱中，在70±2℃温度下烘干24h后取出，冷却至室温并进行称重；
步骤S42：任意取出一组试样进行7天饱和无侧限抗压强度试验；
步骤S43：在水槽中铺设透水石，加水至透水石顶面以下1mm位置处，保持水槽内水位平稳，再将干燥环境下养护过并晾放至室温的试样放置在饱和器中，并置于透水石上，试样通过透水石从水槽中吸水24h；
步骤S44：将吸水24h的试样从水槽中取出一组，脱去饱和器并擦干表面水分后，测量试样的直径及高度，进行无侧限抗压试验；
其中，步骤S42和步骤S43是一个对比试验，后一试验结果将对比前一实验结果。一组试验完成7天无侧限抗压强度试验的同时，其余的试样需进入放置在透水石上浸水试验阶段，完成浸水阶段的试样即须进入恒温箱失水试验阶段；步骤S44是一个同步渐进过程。其中高度和直径都为50mm的试样，为依据专用试模制成，具体可参照相应规程、规范及标准。
步骤S45：将剩下未取出的试样重复进行步骤S41、步骤S43和步骤S44，继续进行试验，直至土样强度稳定。
上述步骤可以重复进行，直至找出7天(饱和)无侧限抗压强度和压实度满足设计或常规要求，且相应试样经过多次干湿循环(浸水、失水过程)其强度不减小或持续增长的试样，该试样水稳性最稳定。该试样对应使用的固化剂及掺量比可以保证后续实体路基或场地填筑工程质量不会因为浸水、失水影响质量，进一步保证其安全使用。实体填筑工程实施前需完成对应固化剂及掺量比改良土工艺性填筑试验收集填筑试验参数，以服务于实体填筑工程。
实施例1
参照相关规程、规范和标准，通过Z1型击实试验和7天饱和无侧限抗压强度试验，分别测定原土及5％、6％、8％不同掺量固化剂的化学改良土的最大干密度、最优含水率和相应试样的饱和无侧限抗压强度。
根据需要先行选择A、B、C、D四种固化剂，针对待改良填料或弃土分别完成掺量比4％、6％和8％的7天饱和无侧限抗压强度试验，初步确定6％固化剂掺量比改良土填料满足设计要求，且较为经济，社会效益良好。其中，A、B、C、 D均为在步骤S1基础上确定的专用固化剂，专门针对工程试验样土确定。其组分和相应含量各不相同。
为进一步验证6％固化剂掺量比改良土填料的水稳性好，就A、B、C、D四种固化剂分别制作了6组6％固化剂掺量比7天饱和无侧限抗压强度试样。
按照上述试验方法的步骤，进行如下试验：
步骤S1：在本实验一期选型试验完成基础上，通过对不同干湿循环周次条件下改良土(一定掺量固化剂，本试验固化剂掺量比为6％)的土样进行7天饱和无侧限抗压试验及含水率试验，分析试验数据规律，获取素土、化学改良土的强度变化规律。
具体的，通过对比分析不同固化剂及掺量比对应的干湿循环(浸水、失水) 无侧限抗压强度的测试结果。并结合对应的7天(饱和)无侧限抗压实验值，在相应试验成果都满足设计或常规要求的基础上，找出早期强度高，干湿循环实验中早期强度损失少、后续强度持续稳定增长的对应固化剂和掺量比(水稳性好)；再对其进行成本分析，确定性价比最好的固化剂及掺量比作为最终选择结果拥有实体工程。该过程可以人工分析也可以借助计算机计算完成。而对应不同固化剂及掺量比干湿循环(浸水、失水)试验强度成果，可以通过制图完成其纵向和横向对比寻求其变化规律。
步骤S2：根据试验所需土样数量，将风干后的土样过5mm筛，按最优含水率加水拌匀；
步骤S3：将试验土样在塑料袋内润湿12小时后，按7天饱和无侧限抗压强度试样的制作法，在制样器内分三层制成高度为50mm、直径为50mm、压实度为95％的压实试样块，将制好的试样放入标准养护箱中养护24h；
步骤S4：模拟路基完成填筑后在雨水入渗、蒸发条件下进行循环周次，完成7天饱和无侧限抗压试验；
具体的，为模拟路基填土在雨水入渗蒸发及地下水毛细作用下的干湿循环现象，将试样在开放式系统下作干湿循环试验，即有充足的外来水分补给，7天饱和无侧限抗压试验方法包括以下步骤：
步骤S41：将在标准养护箱中养护24h的多组试样放入恒温箱中，在7072℃温度下烘干24h后取出，冷却至室温并进行称重；
步骤S42：任意取出一组试样进行7天饱和无侧限抗压强度试验；
步骤S43：在水槽中铺设透水石，加水至透水石顶面以下1mm位置处，保持水槽内水位平稳，再将干燥环境下养护过并晾放至室温的试样放置在饱和器中，并置于透水石上，试样通过透水石从水槽中吸水24h；
步骤S44：将吸水24h的试样从水槽中取出一组，脱去饱和器并擦干表面水分后，测量试样的质量及高度，进行7天饱和无侧限抗压试验；
步骤S45：将剩下未取出的试样重复进行步骤S41、步骤S43和步骤S44，继续进行试验，直至土样强度稳定。
其中，在抗压强度测试过程中，试验设备采用电脑数控多功能路面强度试验机，加载速度1mm/min。
步骤S5：汇总不同固化剂、不同掺量比和压实度试样的7天饱和无侧限抗压试验结果，并绘制相应曲线，确定满足设计要求的固化剂及掺量比。
如下表1所示，为改良土在浸水、失水循环周次下无侧限抗压强度汇总表：
表1
结合图2所示的6％掺量下四种固化剂的7d饱和无侧限抗压强度在不同浸水、失水循环周次下变化曲线图和图3所示的6％掺量下四种固化剂的无侧限抗压强度损失量在浸水、失水循环周次试验下的变化曲线图，选用固化剂在6％的掺入量情况下，通过5次浸水、失水循环周次试验，测定其无侧限抗压强度，具体试验数据见表1、数据分析见图2和图3。由此数据分析，结论如下：
(1)经过5次浸水、失水循环周次，7d饱和无侧限抗压强度损失比在 -47.03％～+10.34％之间，均满足相关规范要求。
(2)4种固化剂呈现出不同的损失比，其中固化剂C和固化剂D损失比大于其他两种固化剂，且差异较大。
(3)循环周次越多，损失比越小，固化剂A和固化剂B还呈现出无侧限抗压强度增加的规律，可见固化剂A和固化剂B改良土在浸水、失水循环周次变化条件下，改良土强度平稳，基本不受浸水、失水循环周次影响；只是固化剂B 改良土稳定性更好。
(4)该方法相对简单、易操作、且高效，成本较低，仅在室内通过对反复浸水、失水后的改良土填料进行无侧限抗压强度试验，即可选定满足全寿命使用周期中路基(场地)填筑用设计要求的改良土填料，进而有效降低填筑完成后路基工程缺陷的形成可能、及后续的使用和维护成本，具有相当的经济效益、社会效益。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：根据设计要求进行土工试验，完成相应待改良样土进行改良后试样的7天饱和无侧限抗压强度试验，初步选定满足设计要求的改良用专用固化剂及掺量比；
步骤S2：根据试验所需土样数量，将风干后的样土土样过筛处理；根据步骤S1获得的适用专用固化剂及掺量比结果分别按最优含水率加水拌匀；
步骤S3：将试验土样在塑料袋内润湿12小时，按照7天饱和无侧限抗压强度试样的制作法，在制样器内分三层制成高度为50mm、直径为50mm的制作试样，将制好的多组试样放入标准养护箱中养护24h；
步骤S4：模拟路基完成填筑后在雨水入渗、蒸发条件下进行循环周次试验，完成无侧限抗压试验；
步骤S5：汇总不同固化剂、不同掺量比和压实度试样的无侧限抗压试验结果，并绘制相应曲线，经过对比筛选确定满足设计要求或常规要求的专用固化剂及掺量比。
2.根据权利要求1所述的一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，其特征在于，步骤S4中无侧限抗压试验，包括以下步骤：
步骤S41：将在标准养护箱中养护24h的多组试样放入恒温箱中，在70±2℃温度下烘干24h后取出，冷却至室温并进行称重；
步骤S42：任意取出一组试样进行无侧限抗压强度试验；
步骤S43：在水槽中铺设透水石，加水至透水石顶面以下1mm位置处，保持水槽内水位平稳，再将干燥环境下养护过并晾放至室温的试样放置在饱和器中，并置于透水石上，试样通过透水石从水槽中吸水24h；
步骤S44：将吸水24h的试样从水槽中取出一组，脱去饱和器并擦干表面水分后，测量试样的直径及高度，进行无侧限抗压试验；
步骤S45：将剩下未取出的试样重复进行步骤S41、步骤S43和步骤S44，继续进行试验，直至土样强度稳定。
3.根据权利要求1所述的一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，其特征在于，在7天饱和无侧限抗压强度试验前，需先完成击实试验，测定最优含水率，且7天饱和无侧限抗压强度是指在试样养护至第7天试验前，最后24小时的养护需浸入水中完成测试。
4.根据权利要求3所述的一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，其特征在于，最优含水率通过击实试验获得，且不同土性的样土、专用固化剂掺入比的不同，获得的相应改良土的最优含水率也不同。
5.根据权利要求1所述的一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，其特征在于，初步选定相应待改良样土是根据工程地质勘察报告进行相关组份和相关工程物理力学特性进行筛选确定的，且筛选因素至少包括有机质含量含量、硫酸盐含量、有毒有害物质含量和最大粒径。
6.根据权利要求1所述的一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，其特征在于，循环试验采用不同专用固化剂、同一掺量比的试样进行持续多次干湿循环试验，找寻无侧限抗压强度变化规律。
7.根据权利要求1所述的一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，其特征在于，循环周次以无侧限抗压试验成果相对稳定，并形成维持不变、持续减小或持续增加的规律为终止依据。
8.根据权利要求1所述的一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，其特征在于，对比筛选原则为：同一掺量比的专用固化剂选初始强度高，干湿循环试验中试样无侧限抗压试验成果稳定早、且能持续增长；确定性价比最优的专用固化剂和掺入比作为后续工艺性填筑实施的指导参数。
9.根据权利要求1所述的一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，其特征在于，待改良样土至少包括挖方弃土、渣土、建筑垃圾；专用固化剂至少选择3种。
10.根据权利要求1所述的一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法，其特征在于，待改良样土过筛粒径不超过5mm。
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| CN202211140495.9A CN115541335A (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 一种路基填筑用化学改良土填料水稳性的试验方法 |
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