论文部分内容阅读
[摘 要]由于高液限土具有的物理力学特性，若将其直接用于填筑路堤，会产生路基填土难以压实、翻浆、边坡坍塌等一系列不良病害。本文首先分析了高液限土的土质力学及工程性质，其次，就高液限土的处治方法展开了深入的探讨，具有一定的参考价值。
[关键词]高液限土 处治方法 物理力学
中图分类号：U412.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0258-01
1.前言
根据《公路工程试验规程》（JTJ051-93）有关土的工程分类规定可知：高液限土是一种细粒土，同时具备两个分类特性：（1）小于0.074mm的颗粒含量大于50%；（2）液限50%以上。根据《公路路基施工技术规范》（JTJ033-95）5.1.4.2的规定“液限大于50%塑性指数大于26的土，以及含水量超过规定的土，不能直接作为路堤填料。需要用时，必须采取满足设计要求的技术措施，经检查合格后方可使用”。由于高液限土具有的物理力学特性，若将其直接用于填筑路堤，会产生路基填土难以压实、翻浆、边坡坍塌等一系列不良病害。
2.高液限土的土质力学及工程性质
2.1 高液限土的土质特性
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带有较多的负电荷，亲水性强，造成土粒结合水膜厚度较大，而渗透系数较低。这些表明高液限土中的水分在正常情况下不容易逸出，并且土不容易压实，其物理特性决定高液限土是一种路基填土的不良材料。
2.2 高液限土的力学特性
土是由固体颗粒、水和空气三部分组成的，固体颗粒是土的骨架，要使单位体积内的固体颗粒增加，只有采取措施使土体内的空气和水排出。在碾压的过程中，主要发生的现象是颗粒重新排列，互相靠近和小颗粒进入大颗粒的孔隙中。高液限土内粗颗粒含量少（<25%），粘土含量较高，吸水力强，对其压实主要是从孔隙中将空气挤出来，且将水挤出来较为困难。高液限土含有大量的高岭土、伊利土和蒙脱土等矿物成分。蒙脱土具有非常强的吸水物理特性，例如，它的比表面积很大，约可达800m2/mg；液限很高，约可达400%，并具有膨胀性晶架结构和高度的离子交换能力。钠蒙脱土有很高的阳离子和水吸附能力，因此性质是最不稳定的。钙贝石的阳离子和水吸附能力较差，其活动性也较小。伊利土具有与蒙脱土相似的晶架结构，但由于有钾离子的固着作用，使其具有体积变化小的特性。因此，高液限土也具有一定的膨胀性。
塑性指数高是活动性土的象征。它是土从半固体过渡到液体产生大幅度体积膨胀的一个条件，也是土从高含水量过渡到低含水量产生大幅度体积收缩的一个条件。高液限土的颗粒粒径较小，毛细现象显著，又因其含有大量亲水矿物成分（如蒙脱土），造成土粒结合膜厚度较大，而渗透系数较低。高液限土中的水分不易被挤出，所以在含水量较高时压实也较困难。
高液限土的强度主要在于粘聚力。干时粘聚力较大，强度较高，浸水使强度及粘聚力降低，整体稳定性较差。
2.3 高液限土的工程特性
高液限土的土质土力学特性表现在工程上就是：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，毛细现象也很明显，浸水后能较长时间保持水分，因而承载力较小，稳定性较差。这些表现形式直接影响高液限土在公路路基工程中的使用。
3.高液限土的处治方法
高液限土的不良工程性质是由其土粒形状、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，因此高液限土的处治就是通过改变这些特性来改变其工程性质，以满足其使用要求。
3.1 掺无机材料稳定
主要是采用掺石灰、水泥等固化材料处治高液限土。无机材料的稳定作用主要在于提高土壤的粘结力和降低土中的天然含水量。这类方法的优点是：就地取材，成本低廉，施工简便，易于施工人员掌握。但此类材料也有一定的缺点：（1）均为粉末状，拌和较困难；（2）对天气的要求比较高，遇到降水等不利天气，施工相当困难；（3）养生要求较高，延长了工期；（4）掺用水泥需要随拌、随铺、随压；（5）石灰处治的水稳定性较差。
3.2 改善颗粒级配
掺砂或砂性土等粗粒料就是通过改变土中粗颗粒组的含量，使粗颗粒在土中产生骨架作用，削弱细颗粒对土的性质的影响。这类方法的优点是：在砂性粗骨料富的地方，该方法比较经济，施工简便，不影响工期。但也存在一些问题：（1）由于大量的借调掺配材料，在骨料不丰富的地方成本太高；（2）拌和过程比较困难，不容易均匀拌和。
3.3 隔水保护法
高液限土有一定的膨胀性，遇水会膨胀、变软，产生路基下沉、翻浆、边坡坍塌等病害，因此可以采用隔水措施提高高液限土的遇水稳定性。隔水措施包括设置粒料吸收层、包芯法或包边法等。特别是包边法在广东有较为广泛的市场，如2001年底通车的普惠高速公路。实践证明，高液限土在合适的含水量下经充分压实后，只要不受水破坏，其整个强度、承载力和稳定性基本可以满足路基设计的要求。但包芯法和包边法仍有一系列难题：（1）这种结构层的底部及顶部都要进行较为复杂的特别处理，需增加较多的工程费用；（2）工期大大延长（致命缺点）。
3.4 改善施工工艺
主要是提高压实功能（如羊脚碾）、控制含水量和松浦厚度。主要采取有：（1）在压实功能一定的条件，通过改变含水量来达到预期的压实效果；（2）在含水量一定的情况下，通过调节压实功能达到压实目的，或者两个有机结合。方案一受工期和施工方案的制约，同时也无法保证成型后的路基强度和水稳定性；方案二从压实理论可知，压实功能增大到一定程度后，压实度随压实功能的增加越来越慢，且压实功过大，反而会破坏土体结构，产生剪切坡缓，降低路基强度。同时当土的含水量过大，路基会产生“弹簧”现象。
3.5 康耐土壤稳定剂
康耐是一种土壤稳定剂，由多种表面活性剂和稳定剂组成，是含硫的高分子聚合物的化学混合物，其主要成分是磺化油，半透明、无味、深红色液体，无毒副作用、无污染、无腐蚀、不燃烧。其作用机理如下：
（1）因含多种表面活性剂，土壤稳定剂水溶液的表面张力较小，这意味着它可以很容易在土粒表面铺展开，润湿土粒表面及毛细管。
（2）与此同时，土壤稳定剂也被置于土粒表面及毛细管中，而它的强电荷及氢键极易与土粒表面发生吸附作用，使稳定剂分子发生扭转，极性基团朝向土粒，而疏水基向外。
（3）高分子长链活性剂开始是溶于水的，随着交换作用的进行，亲水官能团与土颗粒表面作用后，整个长链变成了不溶于水的大分子，表面活性物质转为疏水性物质。疏水性物质所形成的油性保护膜堵塞了土壤中的毛细孔，使之不易受到水的侵蚀，降低了水对土体的浸润损害。
4.结语
高液限土作为路基填料的不良土质，不能直接用于路基填筑。包边法施工的优点是经济、环保，既解决了重复弃土、借土的问题，又节省了重新准备借土场及弃土场的费用，处理得当效果也很好。但由于高液限土自身的物理力学特性，采用高液限土填筑路基对施工提出了较高的要求，如需避开雨季作业，土的保水性较好，用于路基填筑时晾晒时间太长，对后续工序要求较高等等，这些问题都需要在实际施工中加以注意。
参考文献
[1] 林运钦.高液土的材料特性及在公路工程中的技术应用[J].中国新技术新产品.2009（05）.
[2] 黄灿森.高液限土的特性分析及其处治方法[J].公路交通科技（应用技术版）.2008（03）.
[3] 颜文雄.高液限土路基填料在漳龙高速公路的应用[J].福建建设科技. 2009（05）.
[4] 张麒蛰.高液限红粘土路基修筑技术探讨[J].水利与建筑工程学报. 2007（01）.
[5] 黄灿森.高液限土的特性分析及其处治方法[J].汕头科技.2004（03）.
[关键词]高液限土 处治方法 物理力学
中图分类号：U412.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0258-01
1.前言
根据《公路工程试验规程》（JTJ051-93）有关土的工程分类规定可知：高液限土是一种细粒土，同时具备两个分类特性：（1）小于0.074mm的颗粒含量大于50%；（2）液限50%以上。根据《公路路基施工技术规范》（JTJ033-95）5.1.4.2的规定“液限大于50%塑性指数大于26的土，以及含水量超过规定的土，不能直接作为路堤填料。需要用时，必须采取满足设计要求的技术措施，经检查合格后方可使用”。由于高液限土具有的物理力学特性，若将其直接用于填筑路堤，会产生路基填土难以压实、翻浆、边坡坍塌等一系列不良病害。
2.高液限土的土质力学及工程性质
2.1 高液限土的土质特性
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带有较多的负电荷，亲水性强，造成土粒结合水膜厚度较大，而渗透系数较低。这些表明高液限土中的水分在正常情况下不容易逸出，并且土不容易压实，其物理特性决定高液限土是一种路基填土的不良材料。
2.2 高液限土的力学特性
土是由固体颗粒、水和空气三部分组成的，固体颗粒是土的骨架，要使单位体积内的固体颗粒增加，只有采取措施使土体内的空气和水排出。在碾压的过程中，主要发生的现象是颗粒重新排列，互相靠近和小颗粒进入大颗粒的孔隙中。高液限土内粗颗粒含量少（<25%），粘土含量较高，吸水力强，对其压实主要是从孔隙中将空气挤出来，且将水挤出来较为困难。高液限土含有大量的高岭土、伊利土和蒙脱土等矿物成分。蒙脱土具有非常强的吸水物理特性，例如，它的比表面积很大，约可达800m2/mg；液限很高，约可达400%，并具有膨胀性晶架结构和高度的离子交换能力。钠蒙脱土有很高的阳离子和水吸附能力，因此性质是最不稳定的。钙贝石的阳离子和水吸附能力较差，其活动性也较小。伊利土具有与蒙脱土相似的晶架结构，但由于有钾离子的固着作用，使其具有体积变化小的特性。因此，高液限土也具有一定的膨胀性。
塑性指数高是活动性土的象征。它是土从半固体过渡到液体产生大幅度体积膨胀的一个条件，也是土从高含水量过渡到低含水量产生大幅度体积收缩的一个条件。高液限土的颗粒粒径较小，毛细现象显著，又因其含有大量亲水矿物成分（如蒙脱土），造成土粒结合膜厚度较大，而渗透系数较低。高液限土中的水分不易被挤出，所以在含水量较高时压实也较困难。
高液限土的强度主要在于粘聚力。干时粘聚力较大，强度较高，浸水使强度及粘聚力降低，整体稳定性较差。
2.3 高液限土的工程特性
高液限土的土质土力学特性表现在工程上就是：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，毛细现象也很明显，浸水后能较长时间保持水分，因而承载力较小，稳定性较差。这些表现形式直接影响高液限土在公路路基工程中的使用。
3.高液限土的处治方法
高液限土的不良工程性质是由其土粒形状、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，因此高液限土的处治就是通过改变这些特性来改变其工程性质，以满足其使用要求。
3.1 掺无机材料稳定
主要是采用掺石灰、水泥等固化材料处治高液限土。无机材料的稳定作用主要在于提高土壤的粘结力和降低土中的天然含水量。这类方法的优点是：就地取材，成本低廉，施工简便，易于施工人员掌握。但此类材料也有一定的缺点：（1）均为粉末状，拌和较困难；（2）对天气的要求比较高，遇到降水等不利天气，施工相当困难；（3）养生要求较高，延长了工期；（4）掺用水泥需要随拌、随铺、随压；（5）石灰处治的水稳定性较差。
3.2 改善颗粒级配
掺砂或砂性土等粗粒料就是通过改变土中粗颗粒组的含量，使粗颗粒在土中产生骨架作用，削弱细颗粒对土的性质的影响。这类方法的优点是：在砂性粗骨料富的地方，该方法比较经济，施工简便，不影响工期。但也存在一些问题：（1）由于大量的借调掺配材料，在骨料不丰富的地方成本太高；（2）拌和过程比较困难，不容易均匀拌和。
3.3 隔水保护法
高液限土有一定的膨胀性，遇水会膨胀、变软，产生路基下沉、翻浆、边坡坍塌等病害，因此可以采用隔水措施提高高液限土的遇水稳定性。隔水措施包括设置粒料吸收层、包芯法或包边法等。特别是包边法在广东有较为广泛的市场，如2001年底通车的普惠高速公路。实践证明，高液限土在合适的含水量下经充分压实后，只要不受水破坏，其整个强度、承载力和稳定性基本可以满足路基设计的要求。但包芯法和包边法仍有一系列难题：（1）这种结构层的底部及顶部都要进行较为复杂的特别处理，需增加较多的工程费用；（2）工期大大延长（致命缺点）。
3.4 改善施工工艺
主要是提高压实功能（如羊脚碾）、控制含水量和松浦厚度。主要采取有：（1）在压实功能一定的条件，通过改变含水量来达到预期的压实效果；（2）在含水量一定的情况下，通过调节压实功能达到压实目的，或者两个有机结合。方案一受工期和施工方案的制约，同时也无法保证成型后的路基强度和水稳定性；方案二从压实理论可知，压实功能增大到一定程度后，压实度随压实功能的增加越来越慢，且压实功过大，反而会破坏土体结构，产生剪切坡缓，降低路基强度。同时当土的含水量过大，路基会产生“弹簧”现象。
3.5 康耐土壤稳定剂
康耐是一种土壤稳定剂，由多种表面活性剂和稳定剂组成，是含硫的高分子聚合物的化学混合物，其主要成分是磺化油，半透明、无味、深红色液体，无毒副作用、无污染、无腐蚀、不燃烧。其作用机理如下：
（1）因含多种表面活性剂，土壤稳定剂水溶液的表面张力较小，这意味着它可以很容易在土粒表面铺展开，润湿土粒表面及毛细管。
（2）与此同时，土壤稳定剂也被置于土粒表面及毛细管中，而它的强电荷及氢键极易与土粒表面发生吸附作用，使稳定剂分子发生扭转，极性基团朝向土粒，而疏水基向外。
（3）高分子长链活性剂开始是溶于水的，随着交换作用的进行，亲水官能团与土颗粒表面作用后，整个长链变成了不溶于水的大分子，表面活性物质转为疏水性物质。疏水性物质所形成的油性保护膜堵塞了土壤中的毛细孔，使之不易受到水的侵蚀，降低了水对土体的浸润损害。
4.结语
高液限土作为路基填料的不良土质，不能直接用于路基填筑。包边法施工的优点是经济、环保，既解决了重复弃土、借土的问题，又节省了重新准备借土场及弃土场的费用，处理得当效果也很好。但由于高液限土自身的物理力学特性，采用高液限土填筑路基对施工提出了较高的要求，如需避开雨季作业，土的保水性较好，用于路基填筑时晾晒时间太长，对后续工序要求较高等等，这些问题都需要在实际施工中加以注意。
参考文献
[1] 林运钦.高液土的材料特性及在公路工程中的技术应用[J].中国新技术新产品.2009（05）.
[2] 黄灿森.高液限土的特性分析及其处治方法[J].公路交通科技（应用技术版）.2008（03）.
[3] 颜文雄.高液限土路基填料在漳龙高速公路的应用[J].福建建设科技. 2009（05）.
[4] 张麒蛰.高液限红粘土路基修筑技术探讨[J].水利与建筑工程学报. 2007（01）.
[5] 黄灿森.高液限土的特性分析及其处治方法[J].汕头科技.2004（03）.