李升东

(河北省交通规划设计院)

通常希望路基材料具有较好的水稳性和整体强度,这样不仅能保证公路的整体强度、平整性和耐久性,而且可以使路面厚度得以减薄,即“强基薄面”,工程造价可以降低。在砂土地区,砂土路基的施工质量将直接影响到路基的整体强度,科学、经济合理的施工工艺是保证施工质量的关键。

1 工程简介

某高速公路处在滹沱河流域二级阶地上,地基土质主要以粉质粘土、粉土为主,5～9m以下出现细砂土层,路基包边土来源于滹沱河林场,路基内部砂土取自滹沱河,其中砂土的技术指标如表 1所示。

表 1 砂土物理性质指标

2 试验条件和方法

所用填料的物理性质试验及分类,以及力学指标 CBR和击实试验按照交通部《公路土工试验规程》(JTJ051-93)进行;填料的力学性质试验中,压缩、直剪等试验项目按照国家标准《土工试验规程》(GBJ123-99)执行。

3 细砂土的抗剪强度

本次试验采用直接快剪的方法,试验前,对测力环进行了标定,试验用应变式剪力仪进行快剪,并在同一台仪器上进行,以消除仪器的系统误差,在直剪试验过程中,为保持试样的含水量不变,在透水石与土样之间放两片不透水胶片,试验过程严格按照直剪试验操作规程。分别制备压实度为93%、94%、96%和100%的试样,压实度以最佳含水量对应的最大干密度为标准干密度,其他含水量的试件以它为标准,使压实度都达到 100%来制备试件,求得在一定体积下,各含水量试件所需干砂质量并配水,用人工击实的方法将其全部击入盒内,并保持均匀,最后砂样表面平整。

3.1 抗剪强度与压实度的关系

试验按照规范的要求进行,其试验结果见表 2,并作了压实度与抗剪强度的关系曲线,见图 1。

图 1 100%抗剪强度

(1)从强度可以看出,细砂强度曲线符合库仑定律,用直线回归,其相关系数接近 1。

(2)从表中可以得到,随着压实度的增大,细砂的粘聚力逐渐增大。

表 2 压实度与抗剪强度关系的对照表

3.2 抗剪强度与含水量的关系

以最大干密度为前提,分别配制含水量为 0、4%、8%、12%及16%的试样,计算试件所用砂量,进行直接剪切试验,实验结果如表 3。

表3 含水量与抗剪强度关系的对照表(压实系数K=100%)

从表 3中可以看出:剪切强度随着含水量的增加而增加,在剪切强度达到最大值时,含水量继续增加,则剪切强度减小,从粘聚力和内摩擦角两个因素来分析可得到以下结论。

(1)在相同压实度条件下,随着含水量的增大,砂土的粘聚力开始增大,到达最优含水量附近后就开始减小,因为开始含水量较低,水在砂土中产生毛细现象,形成了似凝聚力或假粘聚力,当水分饱和后,砂中自由水含量增加,其毛细水连结消失,则这种假的粘聚力减小直到消失。

(2)当含水量接近最佳含水量时,砂土越来越密实,相互咬合紧密,故内摩擦角越来越大,当含水量超过最佳含水量后,孔隙水增多,难以密实,同时水在粉细砂中也有润滑的作用,导致颗粒之间的咬合力减小,从而使细砂的内摩擦角逐渐减小。

4 三轴试验结果及其分析

根据工程实际,本次三轴试验是采用快剪和固快两种方法。砂样在最佳含水量条件下制备压实度分别为 93%、94%和 96%三种试样,根据三轴饱和器的体积计算砂土用量。具体试验结果见表 4。

表 4 三轴试验结果

从表 4数据可以看出,三轴快剪强度普遍较直剪试验结果小是由于试样的形状和受力的边界条件不同所至;随着围压的增大,其达峰值强度的应变范围也随之增大,压实粉细砂的应力应变关系为软化型;压实度从 93%至 96%剪切强度有增大趋势与直剪结果一致。

5 细砂的承载比(CBR)试验

通过 CBR试验可以了解粉细砂不同密度时的强度,为了了解该砂土的强度特性,做湿砂I泡水 4d(最佳含水量状态,状态 I)和湿砂不泡水Ⅱ(简称状态Ⅱ)的 CBR试验,试验结果见表 5。

表5 两种状态的 CBR试验结果

由试验结果可知:

(1)无论在哪种情况下,随着压实度的增加,CBR值明显增大,这是由于随着压实度的增加,单位体积内的空隙减小,有效颗粒所占比例增大,因而抗剪强度也就增大。

(2)由于粉细砂粘聚力为零,含粘性颗粒很少,相对于粘性土来说,细砂颗粒较大,因此,泡水试验后膨胀量很小。

6 结束语

结合施工现场实际,通过试验段施工过程中室内试验,可以总结出以下几点。

(1)由于砂土的级配不良,击实后孔隙比仍然较大,故其最大干密度在 1.74～1.77g/cm3之间;

(2)剪切强度随着含水量的增加而增加,当达到最大值时,含水量继续增加,则剪切强度减小即有一个最佳值;

(3)三轴快剪强度普遍较直剪试验结果小,随着应力的增大,其达峰值强度的应变范围也随之增大。

[1]洪毓康.土质学与土力学[M].人民交通出版社,1999:23～30.

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[3]赵久柄.西宝高速公路粗粒土路基压实度试验研究.国外公路,2002:34～36.