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【摘 要】 文中笔者主要通过对采取的代表性弱膨胀土和中等膨胀土试样进行石灰改良前后的室内试验研究，得到膨胀土改良前后的土性变化规律，试验研究结果表明膨胀土填料经石灰改良后，其粘粉粒含量减小、塑性指数降低、胀缩性降低、力学强度提高、压缩性减小、水理性增强，填料的工程性质大大改善，可用于高速铁路路基填筑。
【关键词】 石灰改良;工程性质;膨胀土
一、前言
膨胀土在天然含水率下常处于较硬状态，压缩性较低，易被工程技术人员所忽视。随着我国高等级公路的迅速发展，公路通过不良地质条件地区几率增大，平原地区由于土地资源珍贵，必须利用当地的土体如弱膨胀土或中等膨胀土来填筑路基。用膨胀土堆筑路基，如果处理不当路面经常会出现开裂，翻浆冒泥等现象，路基会出现膨胀变形，导致路面的结构层发生变形破坏，最后威胁到公路的安全运营。
向膨胀土中掺入石灰的改良方法在膨胀土地区路基填筑中应用广泛，掺入石灰后膨胀土的物理力学特性明显改善，可以很好地满足地基设计的需要。
二、试验填料的物理性质
选取大榆树取土场（1号土样）和王财取土场（2号土样）土样作为代表性土样进行试验研究，两取土场的膨胀性分别为弱膨胀土和中等膨胀土，其物理性质指标和膨胀性指标见表1，表2。
粒径组成是膨胀土性质的一项重要参数，特别是粘粒含量，粘粒含量越多往往意味着土体具有更大的膨胀潜势和更高的塑性，从表1中可以看出弱膨胀及中膨胀土的颗粒组成以粉粘粒为主，含量均超过90%，粉粒含量要多于粘粒含量。
从两个取土场的膨胀性指标来看，取土场土源均不宜用作填料，否则土的膨胀性将对路堤造成破坏。室内试验还对每种土源在Kh=0.90，0.95进行了3组湿化试验，从试验情况看：浸水1h后，土样呈粒状崩解约90%，浸水2h后，即完全崩解。这说明未经改良的膨胀土水稳性极差，不宜用作填料。
三、石灰改良膨胀土室内试验
1、改良方案
目前处理膨胀土的方法主要是化學改性，如掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化纳、氯化钙、沥青、合成固化剂、合成树脂和磷酸等等，使之与土壤发生一定的物理化学反应，以改变原土的物理力学性质来稳定膨胀土。路堤填料改良是将粉碎的土和其他添加剂、水进行充分拌合后，再用机械压实养护而形成稳定的土体。本次试验采用石灰（包括生石灰、熟石灰）对膨胀土进行改良，石灰的掺入比（石灰占干土质量的百分比）分别为4%，5%，6%，7%，8%。试验项目包括改良前后土的颗粒分析、物理性质、膨胀性、强度试验、水理性质等。
2、颗粒级配变化
从膨胀土改良前后土的电镜试验结果可以明显看出改良土样品的结构致密，孔隙明显减少，蒙脱石球状集合体的颗粒变粗，比较直观地说明了石灰改良膨胀土时对其粒径改变的作用效果。土样经生、熟石灰改良后颗粒分析结果见图1。试验土样经石灰改良后其颗粒级配将发生较大的改变，总的趋势是细颗粒含量特别是粘粒含量大幅降低，粗颗粒含量增加;熟石灰与生石灰相比，对改良土样的级配效果上没有明显区别。1号土样：粘粒含量大幅减少，从改良前的35.4%～36.8%降低到了改良后的10.0%～23.8%;粉粒含量有所增加，从改良前的59.3%～60.2%增大到改良后的60.1%～77.4%;砂粒含量明显增加，从改良前的3.9%～4.4%增大到改良后的5.2%～24.8%。2号土样：粘粒含量大幅减少，从改良前的34.4%～35.9%左右降低到了改良后的13.2%～24.2%;粉粒含量有所增加，从改良前的60.4%～61.9%增加到55.9%～76.5%;砂粒含量也明显增加，从改良前的2.2%～5.4%增加到4.5%～30.3%。
3、塑性变化
表3为试样经不同掺灰量石灰改良前后塑性的变化。从表3中可以看出：膨胀土改良后液限变化不大，但塑限明显增加，掺灰率超过5%以后，1号土样从17.0%增加到23.6%～33.7%，2号土样从16.7%增加到24.6%～36.2%;塑性指数大幅减小，1号土样从24.5减小到5.7～13.3，中等膨胀土从25.8左右减小到4.7～11.5。熟石灰与生石灰相比，对土样的塑性变化影响没有明显区别。
4、胀缩性变化
对1号土样掺6%石灰、2号土样掺7%石灰进行改良前后的膨胀性试验，结果见表4。从膨胀性判别指标来看，石灰改良后土的自由膨胀率降幅较大，蒙脱石含量有一定程度的降低;只有阳离子交换量变化不大，这是受石灰成分的影响。无荷膨胀率和25kPa，50kPa有荷膨胀率指标，经石灰改良后基本降低到Q膨胀力指标，从改良前的89kPa～163kPa降低到改良后的0kPa～7kPa。这些数据说明膨胀土经石灰改良后膨胀性可以大幅降低，可见石灰改良其膨胀性的效果是明显的。从表4中还可以看出，膨胀土经石灰改良后的收缩系数也有较大程度的降低，说明石灰改良能改善膨胀土的失水收缩特性。综上所述，膨胀土经石灰改良以后，能够大大改善其吸水膨胀、失水收缩的不良工程特性。
5、无侧限强度变化
对土样石灰改良前后的7d龄期饱和无侧限抗压强度（养护6d，浸水1d）和无侧限抗压强度对每种配比进行了6组试验，取平均值，其结果见图2，图3。可以看出，试样经石灰改良后其7d龄期饱和无侧限强度大幅增加，为改良以前的2倍～7倍，无侧限强度增幅较小，为改良以前的1倍～2倍。对于最佳掺灰率（1号土样6%，2号土样7%），当K=0.90时（对应基床以下路堤），饱和无侧限强度平均值为375kPa～488kPa;当K=0.95时（对应基床底层路堤），饱和无侧限强度平均为534kPa～768kPa，均满足TB10621-2009高速铁路设计规范（试行）的要求。
试样改良前的无侧限强度为306kPa～770kPa，饱和无侧限强度仅为6kPa～13kPa，试样饱和后其无侧限抗压强度降幅超过95%;改良后饱和无侧限抗压强度比无侧限强度降低12%～61%，饱和无侧限强度的增幅明显高于无侧限强度的增幅，说明石灰改良膨胀土对改善其在浸水条件下的力学性能具有明显作用。
【关键词】 石灰改良;工程性质;膨胀土
一、前言
膨胀土在天然含水率下常处于较硬状态，压缩性较低，易被工程技术人员所忽视。随着我国高等级公路的迅速发展，公路通过不良地质条件地区几率增大，平原地区由于土地资源珍贵，必须利用当地的土体如弱膨胀土或中等膨胀土来填筑路基。用膨胀土堆筑路基，如果处理不当路面经常会出现开裂，翻浆冒泥等现象，路基会出现膨胀变形，导致路面的结构层发生变形破坏，最后威胁到公路的安全运营。
向膨胀土中掺入石灰的改良方法在膨胀土地区路基填筑中应用广泛，掺入石灰后膨胀土的物理力学特性明显改善，可以很好地满足地基设计的需要。
二、试验填料的物理性质
选取大榆树取土场（1号土样）和王财取土场（2号土样）土样作为代表性土样进行试验研究，两取土场的膨胀性分别为弱膨胀土和中等膨胀土，其物理性质指标和膨胀性指标见表1，表2。
粒径组成是膨胀土性质的一项重要参数，特别是粘粒含量，粘粒含量越多往往意味着土体具有更大的膨胀潜势和更高的塑性，从表1中可以看出弱膨胀及中膨胀土的颗粒组成以粉粘粒为主，含量均超过90%，粉粒含量要多于粘粒含量。
从两个取土场的膨胀性指标来看，取土场土源均不宜用作填料，否则土的膨胀性将对路堤造成破坏。室内试验还对每种土源在Kh=0.90，0.95进行了3组湿化试验，从试验情况看：浸水1h后，土样呈粒状崩解约90%，浸水2h后，即完全崩解。这说明未经改良的膨胀土水稳性极差，不宜用作填料。
三、石灰改良膨胀土室内试验
1、改良方案
目前处理膨胀土的方法主要是化學改性，如掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化纳、氯化钙、沥青、合成固化剂、合成树脂和磷酸等等，使之与土壤发生一定的物理化学反应，以改变原土的物理力学性质来稳定膨胀土。路堤填料改良是将粉碎的土和其他添加剂、水进行充分拌合后，再用机械压实养护而形成稳定的土体。本次试验采用石灰（包括生石灰、熟石灰）对膨胀土进行改良，石灰的掺入比（石灰占干土质量的百分比）分别为4%，5%，6%，7%，8%。试验项目包括改良前后土的颗粒分析、物理性质、膨胀性、强度试验、水理性质等。
2、颗粒级配变化
从膨胀土改良前后土的电镜试验结果可以明显看出改良土样品的结构致密，孔隙明显减少，蒙脱石球状集合体的颗粒变粗，比较直观地说明了石灰改良膨胀土时对其粒径改变的作用效果。土样经生、熟石灰改良后颗粒分析结果见图1。试验土样经石灰改良后其颗粒级配将发生较大的改变，总的趋势是细颗粒含量特别是粘粒含量大幅降低，粗颗粒含量增加;熟石灰与生石灰相比，对改良土样的级配效果上没有明显区别。1号土样：粘粒含量大幅减少，从改良前的35.4%～36.8%降低到了改良后的10.0%～23.8%;粉粒含量有所增加，从改良前的59.3%～60.2%增大到改良后的60.1%～77.4%;砂粒含量明显增加，从改良前的3.9%～4.4%增大到改良后的5.2%～24.8%。2号土样：粘粒含量大幅减少，从改良前的34.4%～35.9%左右降低到了改良后的13.2%～24.2%;粉粒含量有所增加，从改良前的60.4%～61.9%增加到55.9%～76.5%;砂粒含量也明显增加，从改良前的2.2%～5.4%增加到4.5%～30.3%。
3、塑性变化
表3为试样经不同掺灰量石灰改良前后塑性的变化。从表3中可以看出：膨胀土改良后液限变化不大，但塑限明显增加，掺灰率超过5%以后，1号土样从17.0%增加到23.6%～33.7%，2号土样从16.7%增加到24.6%～36.2%;塑性指数大幅减小，1号土样从24.5减小到5.7～13.3，中等膨胀土从25.8左右减小到4.7～11.5。熟石灰与生石灰相比，对土样的塑性变化影响没有明显区别。
4、胀缩性变化
对1号土样掺6%石灰、2号土样掺7%石灰进行改良前后的膨胀性试验，结果见表4。从膨胀性判别指标来看，石灰改良后土的自由膨胀率降幅较大，蒙脱石含量有一定程度的降低;只有阳离子交换量变化不大，这是受石灰成分的影响。无荷膨胀率和25kPa，50kPa有荷膨胀率指标，经石灰改良后基本降低到Q膨胀力指标，从改良前的89kPa～163kPa降低到改良后的0kPa～7kPa。这些数据说明膨胀土经石灰改良后膨胀性可以大幅降低，可见石灰改良其膨胀性的效果是明显的。从表4中还可以看出，膨胀土经石灰改良后的收缩系数也有较大程度的降低，说明石灰改良能改善膨胀土的失水收缩特性。综上所述，膨胀土经石灰改良以后，能够大大改善其吸水膨胀、失水收缩的不良工程特性。
5、无侧限强度变化
对土样石灰改良前后的7d龄期饱和无侧限抗压强度（养护6d，浸水1d）和无侧限抗压强度对每种配比进行了6组试验，取平均值，其结果见图2，图3。可以看出，试样经石灰改良后其7d龄期饱和无侧限强度大幅增加，为改良以前的2倍～7倍，无侧限强度增幅较小，为改良以前的1倍～2倍。对于最佳掺灰率（1号土样6%，2号土样7%），当K=0.90时（对应基床以下路堤），饱和无侧限强度平均值为375kPa～488kPa;当K=0.95时（对应基床底层路堤），饱和无侧限强度平均为534kPa～768kPa，均满足TB10621-2009高速铁路设计规范（试行）的要求。
试样改良前的无侧限强度为306kPa～770kPa，饱和无侧限强度仅为6kPa～13kPa，试样饱和后其无侧限抗压强度降幅超过95%;改良后饱和无侧限抗压强度比无侧限强度降低12%～61%，饱和无侧限强度的增幅明显高于无侧限强度的增幅，说明石灰改良膨胀土对改善其在浸水条件下的力学性能具有明显作用。