高液土的材料特性及在公路工程中的技术应用

    林运钦

    摘要：本文通过对高液土进行材料试验，较为详细地阐述了高液限土这种特殊土质的土力学特性。同时，结合在我市某一级公路新建工程路基填土中的应用情况，对其几种常见的处治方法进行分析比较，以供各位业内同行共同参考借鉴。

    关键词：高液限土；土力学特性；处治方法

    1 概述

    一直以来，高液限土作为公路工程路基填料中的一种，由于其不良的土质特性，因此，在用作路基填料进行填筑时，一直都保持着慎用的态度。本人通过结合我市某一级公路新建工程局部路段使用高液限土填筑路基这一工程实例，对该类土质在用作本工程路基填料93区前采取的一些改良措施及处治方法进行一一概述，以让我们更清楚、更深入地了解这一特殊土质，以消除普遍存在"谈高色变"的模糊心理。由于该实例工程高液限土的应用数量大，分布范围广，因此，其处治方案在某种程度上也具有一定的代表性，对以后我们正确看待该种不良土质，积累正确的处治经验，具有较大的指导意义。

    2 高液限土的土质及土力学特性

    2.1 土质特性

    土是由固相、液相和气相构成的三相体系。土的固相物质主要是无机矿物颗粒和有机质，它们构成土的骨架。而对于高液限土来说，由于土内粗粒组含量较少（<25%），颗粒零星分散，其骨架作用并不明显。因此，高液限土的工程性质主要取决于土粒间的各种相互作用力，也即与土粒本身的结晶格架特征有关。高液限土通常含有大量的蒙脱石、伊利石等粘土矿物成分，这些成分和水分子发生相互作用时，其晶格活动性极大，甚至晶格层间可能完全分散，成为高度分散且横向延伸极大的薄膜片状粒子。因此，此类矿物成分具有较大的塑性（如蒙脱石的液限变化范围可达到140~710%，塑限为50~100%；伊利石的液限为80~120%，塑限为45~60%。）及膨胀性，极易崩解，从而使高液限土也具有相似的工程性质。

    土的液相是指土孔隙中存在的水，一般包括结合水和自由水（包括毛细水和重力水）。由于高液限土颗粒粒径较小，因此，毛细水上升高度较大，但速度较慢；又由于其中含有的矿物成分（如蒙脱石）带有较多的负电荷，亲水性较强，造成土粒结合水膜厚度较大，而渗透系数较低。这表明高液限土中的水分在正常情况下不易逸出，并且土不易压实。

    2.2 土力学特性

    高液限土的强度主要来源于粘聚力。高液限粉土干时稍具粘结性，但易被压碎，浸水时则易成流体状态，故其强度无论在干湿状态下均较低；高液限粘土干时粘聚力很大，强度很高，但浸水时强度随粘聚力降低较快。同时，无论是高液限粉土还是粘土，浸水后整体稳定性均较差。

    总的来说，高液限土的土质及土力学特性表现为：透水性较差，干时坚硬不易挖掘，不易压实，并具有较大的可塑性、粘结性和膨胀性，毛细现象也很显著，浸水后能较长时间保持水分，因而承载力较小，稳定性较差。

    3 高液限土的处治方法

    鉴于上述高液限土的特性，若直接用于填筑路堤时会产生路基填土难以压实、翻浆、边坡坍塌等病害，因此规范规定该类土不宜作为路堤填料，如要使用，则须采取技术措施进行处治。

    由于高液限土的不良工程性质主要是由其土粒形状、大小、空间结构、矿物成分以及浸水后和水产生的相互作用引起的，因此可以通过改变这些特性来改良其工程性质。

    3.1 包边或包心处治方案。是本工程主要采用的处治方式。高液限土在合适的含水量下经充分压实之后，只要不受到水浸，其整体强度、承载能力及稳定性基本上可以满足路基设计的要求。

    包边方法是指在路基两测用适宜土质分层（每3m一层）包裹的方法；包心方法是指在路基两侧包边，路基底部采用50cm砂砾透水层，顶部50cm用掺灰改性土加以封闭的方式。通过包边或包心，再加上在挖填结合部位挖台阶及加铺土工格栅等辅助手段，以及合适的排水措施，使路基形成一个稳定的、具有相当强度的不受水浸破坏的整体，从而达到处治的目的。该方案属于后期保护的一种措施，其最大特点是经济环保，处治得当效果也较好，但其缺点也是显著的：a、高液限土通常也具有较高的天然含水量，尤其是在经历过雨季之后，其天然含水量可高达40~50%。由于高液限土保水性较好，要将这样的土通过晾晒达到最佳含水量左右（要求±2%），通常需要3~7天时间，因此，工期会延长，从这一点看经济效益并不理想；b、在施工过程中，如果遇到降雨，尚未封闭的路堤将会受水浸而破坏，若雨量较多受影响的可能会包括整个包边（心）层；c、当层压实完成之后，若晾晒时间较长，由于压实层上部水分散失，容易干缩网裂，造成路基整体强度下降。

    3.2 掺灰或水泥等固化材料处治方案。将一定的比例的石灰或水泥（建议石灰掺量5~7%，325#水泥掺量为2~4%）与土拌和均匀后，石灰中的Ca（OH）2或水泥中的熟料矿物与土中的水发生碳化或水化反应，一方面降低了土中的天然含水量，有利于土的压实；另一方面其反应生成物有效地提高了土的强度和水稳性，使成型后的路基获得较高的强度和较好的稳定性。在施工过程中，掺灰土可悶料24h，以使其反应更加充分彻底。若掺用水泥，则应尽量做到随拌随铺、随压。该处治方案是上述三种方案中效果最好的一种。除造价较高外，和方案2一样还有拌和困难、工效较低的缺点。

    结束语

    综上所述，高液限土虽然由于其材料特性而被列为路基填料中的不良土质，但在在经过一些技术措施的处理改良后，它仍然可以用作我们路基的填料之一，规范里在对该种土质进行相关说明时，也只是建议我们慎用，并规定了它可以在路基中的某一些特殊部位进行使用，比如路基填土93区。因此，高液限土的应用问题，也其实不是一项高不可攀的技术难题，我们只有深术地掌握其材料特性，并针对它材料特性中的不足之处再对其进行"对症下药"，也是一样可以放心使用的。

    参考文献

    [1]《高液限土路基设计与施工技术》.王年香主编 中国水利水电出版社.2005-11-1.