不同黏土掺量的宕渣用作高速公路路基填料的可行性分析.pdf
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1、总653期2023年第23期(8月 中)收稿日期:2023-03-03作者简介:刘成才(1977),男,山东临沂人,工程师,从事道路与桥梁工程建设工作。不同黏土掺量的宕渣用作高速公路路基填料的可行性分析刘成才,王兆辉,张城龙,王乃超,刘鹏(山东东方路桥建设有限公司,山东 临沂 276002)摘要:为了研究掺加黏土后路堑开挖宕渣的物理力学性能,为其用作高速公路路基填料提供配合比设计依据,对不同黏土掺量下路堑开挖宕渣试样分别进行了击实试验、CBR试验和无侧限抗压强度试验。试验结果表明:随着黏土掺量的增加,试样强度逐渐降低;最佳含水量随黏土掺量的增加而增大;当含水量低于最佳含水量时,膨胀率随黏土掺量
2、的增加而增大,超过最佳含水量时试验结果相反;随着黏土掺量的增加,试样无侧限抗压强度增大;综合考虑强度和经济性,建议路堑开挖宕渣中黏土掺量不超过30%。关键词:高速公路;路基填料;宕渣;黏土掺量;物理力学性能中图分类号:U414.03文献标识码:A0 引言路堑开挖宕渣被广泛应用于高速公路建设,减少了对环境的污染,有利于可持续发展1-3。路堑开挖宕渣中虽然少部分强度较高的碎石经水洗后可用作路面水稳材料,但绝大部分材料达不到路面基层或底基层骨料用料要求。相比而言,路基填料标准较低且无需水洗处理。因此,将路堑开挖宕渣应用于路基建设可以最大程度实现资源循环利用。对于路堑开挖宕渣在公路工程中的应用,张军辉
3、等4通过梳理关于路堑开挖宕渣用于路基工程中的国内外文献,归纳总结了路堑开挖宕渣的力学性能和使用性能研究进展,指出路基工程中合理使用路堑开挖宕渣,不仅可以减少对环境的不利影响,还具有一定的经济性。肖杰等5、张大宁等6通过一系列配比设计和力学试验证明了路堑开挖宕渣用作路基材料的可行性,同时研究指出,综合考虑公路的使用性能应严格控制路堑开挖宕渣掺量。李行等7通过击实试验和CBR试验证明路堑开挖宕渣应用于路基回填的可行性。路堑开挖宕渣成分复杂,用作路基填料时的物理力学性能尚不明确。目前,工程上对路堑开挖宕渣不作处理,直接用其填筑路基,致使路基压实不均匀,压实质量难以控制。在路堑开挖宕渣中掺加黏土,不仅
4、能够有效提高路基压实的均匀性,而且黏土本身的黏聚力还能提高路基整体强度。因此,本文将不同掺量的黏土与路堑开挖宕渣混合,通过物理与力学指标评价其用作公路路基填料的可行性,为路堑开挖宕渣用于路基工程提供一些参考。1 不同黏土掺量下宕渣的力学性能研究1.1 试验材料1.1.1 材料的物理特性本试验所用试样材料均由济潍高速公路工区内黏土和路堑开挖宕渣充分混合而成,不同试样中两者的掺配比不同。其中,黏土的液限和塑限分别为43%和24%,土颗粒比重为2.71。两种材料原级配良好,级配曲线如图1所示。1.1.2 路堑开挖宕渣的压碎值本试验选取了3组大致相同路堑开挖宕渣,利用压力试验机分别测得其压碎值(见表1
5、),3组试样压碎值0.0010.010.1110100颗粒尺寸/mm路堑开挖宕渣黏土1009080706050403020100通过率(%)图1 路堑开挖宕渣和黏土级配32交通世界TRANSPOWORLD的算术平均值为11.61%。表1 路堑开挖宕渣压碎值组号压碎值(%)1#11.412#11.323#12.111.2 试验方法与结果1.2.1 重型击实试验本文利用重型击实仪对试样分3层击实,每层击实98次。通过重型击实试验得到不同黏土掺量下试样的最大干容重与最佳含水量,结果如表2所示。表2 不同黏土掺量下试样的最大干密度与最佳含水量黏土掺量(%)最大干容重/(kN/m3)最佳含水量(%)01
6、6.64.51018.45.62020.17.43020.98.94020.310.35019.711.210017.117.71.2.2 室内CBR试验本试验所用CBR试验机测力环量程为30 kN,贯入量读数百分表灵敏度为0.01 mm。将按最佳含水量制备的试件浸泡4 d计算其膨胀率,再通过贯入试验分别计算不同黏土掺量下试样的CBR值,结果如表3所示。表3 不同黏土掺量下试样的膨胀率与CBR值黏土掺量(%)膨胀率(%)CBR值(%)00.0015.2100.0014.3200.3512.1300.5510.2400.907.4501.106.61003.054.51.2.3 无侧限抗压强度试
7、验本文无侧限抗压强度试验采用应变控制式无侧限抗压强度仪,该仪器操作简单,精度高,应用广泛。由于材料应变较小,故每0.002%应变读百分表读数一次。试验结果见表4。表4 不同黏土掺量下试样的无侧限抗压强度黏土掺量(%)无侧限抗压强度/kPa0102099.530114.140128.750167.1100404.82 试验结果分析与讨论2.1 黏土掺量与最佳含水率、最大干容重的关系分析根据击实试验结果,绘制黏土掺量与试样最佳含水率、最大干容重的关系曲线,如图 2所示。可以看出,试样最佳含水率随着黏土掺量增加而逐渐增大。试样中,路堑开挖宕渣主要为石料,自身的吸水性较差,而黏土吸水能力较强。随着黏土
8、掺量的增加,最佳含水率也增大。随着黏土掺量的增加,路堑开挖宕渣所形成的孔隙逐渐减小,试样干容重不断增大直至达到最大临界值,之后逐渐减小。本次试验中,试样干容重最大临界值为 20.9 kN/m3,对应的黏土掺量为30%。综合考虑最大干容重与最佳含水率这两个重要参数对路基施工的影响,建议路堑开挖宕渣中黏土掺量不大于30%。2.2 黏土掺量与CBR的关系分析图3所示为黏土掺量与加州承载比CBR值的关系曲线。可以看出,随着黏土掺量的不断增加,试样的CBR 值不断减小。当黏土掺量大于 30%时,试样的CBR值急剧下降。其原因与击实试验类似,试样中的黏土掺量超过细粒含量阈值,粗骨料间没有接触无法形成骨架,
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