生石灰提高黃土路基CBR值試驗應用分析

摘 要：CBR值是關系到路基穩(wěn)定性的重要指標，在我國的工程實踐中黃土基礎的應用為CBR值的測定帶來了一定的難度。而普遍采用的石灰+黃土的路基形式也給CBR值測定帶來了一定的難度，所以利用試驗對其進行分析就成為了指導施工的重要依據(jù)。

關鍵詞：CBR 生石灰 黃土路基 摻和試驗

中圖分類號:U416 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)12(a)-0000-00

1 我國黃土路基CBR試驗概述

所謂的CBR試驗就是承載比試驗，即通過規(guī)定尺寸的探頭貫入路基中測定其特定的載荷參數(shù)，以此判斷土體（路基）的承載能力。此項試驗技術是在調(diào)查路面情況時提出的，實驗的結果用CBR表示。CBR值是對材料抵抗具備載荷的壓入變形來描述材料的抗壓載能力，具體的指標就是貫入來那個達到2.5mm的時候，單位壓力對標準為篩分碎石壓入相同貫入量是標準載荷強度的比值，利用對比來衡量路基的力學性質(zhì)。承載比試驗在國際范圍內(nèi)應用廣泛，為公路、機場等路面設計提供了路基填土的質(zhì)量控制標準。

從我國的應用情況看，其在黃土地區(qū)中的應用就成為了一個技術難點。因為我國的黃土地分布較廣，隨著經(jīng)濟開發(fā)黃土地區(qū)的道路施工也隨之大規(guī)模拓展，黃路基的面積也隨之擴大，但是在使用中發(fā)現(xiàn)黃土尤其特有的理化特性和結構特征，其CBR往往不能滿足路基設計的需求和施工范圍的規(guī)定。在許多公路路基工程中出現(xiàn)路基壓實度和彎沉都滿足了設計標準，唯獨CBR指數(shù)達不到設計的要求的情況。

在具體的試驗中發(fā)現(xiàn)，CBR試驗應用的模擬材料在使用的過程中應處在最不利于承載的狀態(tài)，通常材料都是在4d飽水狀態(tài)作為設計狀態(tài)，但是干燥地區(qū)，其地區(qū)、地形、排水、路面結構等外部因素，論證路基潮濕度和土體試樣飽水4d其含水量的差異是十分明顯的，則可以適當改進試樣飽水方法和飽水時間，使得CBR來適應實際情況而得到有指導意義的數(shù)據(jù)。因此通常在試驗中考慮到干旱或者半干旱的狀態(tài)，其降水量和時間都短，黃土路基多處于干燥或者中的濕度，不能達到飽水4d的含水量。同時公路建設中施工單位通常會拌入低劑量的生石灰來穩(wěn)定潮濕路段或者濕陷性路基，以此滿足黃土路基的穩(wěn)定性和強度。此時生石灰處置黃土路基的用量、浸水時間、CBR值之間的關系就成為了影響黃土路基安全性的重要問題。

2 生石灰提供黃土路基CBR值的試驗分析

2.1 試驗方案

試驗中采用生石灰和黃土為研究對象，其生石灰取自某地的鈣質(zhì)生石灰，經(jīng)過碾碎處理后經(jīng)過2.5mm的圓孔篩分篩。黃土試樣取值某公路施工制定的路基填料場，取樣深度為3、4、5m，各自取樣為6-10個，然后確定其具體的物理和化學指標性能，并做好記錄。

為了保證試驗的均勻性和穩(wěn)定性，所有的土樣都經(jīng)過統(tǒng)一步驟進行處理，風干并過5mm圓孔篩。采用重型擊實試驗法測定石灰劑量分別為1%、2%、3%、4%是黃土試樣的最大干密度和最佳含水量。并按照最佳含水量作為控制標準，在相同石灰拌合量下，進行擊實，同時分別對其進行不同時長的浸水處理。最后測定其CBR值，根據(jù)試驗的結果分析生石灰對黃土強度、路基穩(wěn)定性等參數(shù)的影響，并得出石灰對黃土路基CBR的影響結果。

2.2 分項結果分析與總結

1）含量與壓實度

石灰拌入黃土中會直接應黃土的密實度，從不同的擊實次數(shù)和條件分析石灰拌合量具有如下關系。在相同擊實次數(shù)條件下，不摻和石灰的黃土壓實度要高于摻和石灰的黃土，同時隨著石灰含量的逐步增加，石灰+黃土的壓實度不斷降低。分析原因，生石灰摻入黃土后，黃土原有的顆粒骨架就發(fā)生了改變，原始的平衡凝聚力和鹽晶膠膜形成的加固凝聚力就會降低，造成石灰+黃土的塑性明顯減小，同時黃土中原有的水分被石灰和土的水化作用消耗，此時就會造成黃土趨于松散，不利于壓實。

同時，在試驗中利用相同摻和比例的石灰+黃土進行不同的擊實試驗，其隨著擊實次數(shù)增加而壓實度也會隨之增加。擊實次數(shù)從30-50，50-70，依次增加時，壓實度會明顯增加，然后到達70-90次后其壓實度增幅會突然減小，因此在石灰+黃土的比例一定的情況下，設計采用多次壓實來提供黃土基礎的壓實度是不能起到應有效果的。

2）浸水時長和CBR關系

試驗中為了研究浸水時長對黃土+石灰的CBR值的影響，安全前面分析的結果，選擇擊實70次為統(tǒng)一試驗標準，按照浸水1、2、3、4d進行四組CBR試驗并進行分析，從結果可以看出，不同摻和石灰的黃土CBR的水穩(wěn)定性差，隨著浸水時長增加其形成的CBR值逐漸減小，浸水1d的降幅最大，之后幾天降幅逐漸減小。而石灰+黃土則出現(xiàn)不同的規(guī)律，浸水1d的CBR測定值雖然出現(xiàn)了下降，幅度較小，隨著浸水時間延長，石灰+黃土的CBR反而出現(xiàn)增加的情況。這時因為摻入生石灰后灰土之間出現(xiàn)離子交換，水膠連接、固結反應等微觀效應，從而改變了黃土顆粒膠結成分和其性質(zhì)，導致黃土微觀結構的特征出現(xiàn)了較大的改變，使得黃土趨向于更加穩(wěn)定的微觀結構。

3）擊實次數(shù)與CBR

從擊實次數(shù)上看，研究了不浸水和浸水4d的試樣的情況，擊實次數(shù)對不摻和黃土和石灰+黃土的影響出現(xiàn)以下規(guī)律，不浸水條件下不摻和黃土的CBR平均值大于摻和黃土的CBR值。這是因為摻和石灰后，導致其均勻性下降，土體中沒有足夠的水和石灰顆粒進行微觀上的離子交換、結晶、固化、碳酸化等，從而導致石灰+黃土的凝聚性下降，不能完全形成晶體結構，因此其強度較低。綜合分析中看出，隨著擊實次數(shù)從30次增加到70次，所有土樣的CBR都出現(xiàn)增加的趨勢，當擊實次數(shù)超過70次后，只有不摻合石灰的黃土CBR略有增加外，石灰+黃土的CBR都出現(xiàn)下降。主要是因為持續(xù)增加的打擊作用一方面增加了土體的壓實度，同時也對土體中石灰熟化形成所形成的晶體網(wǎng)絡、硅酸鈣、鋁酸鈣等膠凝物質(zhì)產(chǎn)生的進一步的破壞，以此導致了石灰+黃土的CBR值出現(xiàn)下降。所有得出與前面相同的結論，70次是石灰+黃土的最佳擊實次數(shù)。

4）石灰摻量與CBR關系

石灰的摻和量是影響石灰+黃土路基穩(wěn)定性的一個重要因素，為了研究石灰摻合量對CBR的影響，試驗以浸水4d的土樣為研究對象，分別對0、1%、2%、3%、4%的石灰+黃土試樣進行分析。試驗表明，不同擊實次數(shù)條件下CBR與石灰摻和量之間所呈現(xiàn)的規(guī)律是一致的，即CBR值隨著石灰摻和量的增加而增加，在石灰摻和量為3%時CBR最大，持續(xù)增加范圍出現(xiàn)下降。其原因是少量石灰會對黃土起到明顯的穩(wěn)定作用，石灰土的塑性和膨脹率、聚水量都會減小，而石灰+黃土的密度會增加；當摻和量持續(xù)增加時，石灰+黃土的均勻性降低，部分石灰在黃土中“自由”存在，從而降低了石灰+黃土的強度，試驗表明最佳的灰土比例為3%。

3 結束語

綜合前面的試驗看，利用生石灰改善黃土的理化性質(zhì)是可行的，從CBR值的測定就可以看出其效果。同時試驗也證明石灰+黃土的改善措施是要在一定的條件下才能發(fā)揮其真正的作用的，所以應從現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)出發(fā)，對實際的施工工藝進行指導，這樣才能獲得最佳的效果。

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