提高黃土填料CBR值的措施與經(jīng)濟性分析

張玉秀（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 酒泉735000）

1 前言

CBR值是評價路基土和路面材料強度和穩(wěn)定性的一項重要技術(shù)指標。隨著高速公路的建設(shè)，CBR值亦成為路面填料選擇的一個重要指標依據(jù)。同時近年來，隨著高速公路的蓬勃發(fā)展，對路基填料提出了更為嚴格的要求，交通部門已將CBR值作為路基填料強度指標的控制參數(shù)和路基填料選擇的依據(jù)，并與壓實度一起作為路基施工質(zhì)量控制的指標。

在現(xiàn)行路基設(shè)計和施工規(guī)范以及《瀝青路面設(shè)計規(guī)范》[1]中，對路基填料CBR值做出了明確規(guī)定。然而，在黃土地區(qū)的公路設(shè)計和施工過程中，我們發(fā)現(xiàn)如果使用黃土作為路基填料尤其是用于上路床時，其CBR值往往無法達到現(xiàn)行規(guī)范的要求。需要采取措施進行處理，在處理過程中，既要考慮到施工可行性，又要兼顧到經(jīng)濟性，要在施工條件允許的情況下，采取經(jīng)濟合理的措施，使黃土填料的CBR值提高到規(guī)范的要求，從而保證道路結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，延長其使用壽命。

交通部現(xiàn)行的《公路路基設(shè)計規(guī)范》[2]《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》[3]對路基的壓實度和路基填料的強度提出了嚴格要求，特別是明確提出了路基填料最小強度(CBR)的要求，如表1所示。

表1 路基最小強度、最大粒徑及壓實度（重型）一覽表

甘肅隴東地區(qū)廣泛分布著中等濕陷性黃土，其CBR值較低，不能直接用作公路路床填料。為了利用其作為路床填料，必須提高土基的CBR值，使其強度符合規(guī)范要求。目前，在黃土地區(qū)的公路設(shè)計和施工過程中，公路交通部門常采用提高路基土的壓實度和在黃土中摻加生石灰來提高土基填料CBR值。

以甘肅境內(nèi)銀武大通道羅定高速公路定西段黃土路基為例進行試驗分析研究。

2 試驗方案

本試驗以生石灰和黃土為研究對象，黃土試樣均取自羅定高速定西段第十六合同段公路路基旁取土場，生石灰為鈣質(zhì)生石灰。土樣的物理指標見表2。

2.1 擊實試驗

根據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》[4]（JTG E40—2007）的試驗方法對素土進行標準重型擊實試驗,得出素土的含水量—干密度關(guān)系曲線，從而得出最佳含水量和最大干密度,如圖1。

圖1 黃土的含水量與干密度關(guān)系曲線（不摻灰黃土）

利用擊實素土得出的最佳含水量制備不同灰劑量（石灰劑量分別為1%、2%、3%和4%）的石灰土擊實試樣。黃土摻拌生石灰的最佳含水量wop和最大干密度ρdmax分析見表2。

表2 黃土的物理力學(xué)指標

2.2 CBR試驗

在擊實試驗的基礎(chǔ)上，對每種土樣在最佳含水量的條件下進行浸水4d的CBR試驗，試驗過程中，將每層土樣的擊實次數(shù)分別控制在30、50、70、98次，試件對應(yīng)壓實度分別達到90%、95%、97%和99%左右，試驗結(jié)果如表3、圖2所示。

表3 擊實次數(shù)與CBR的關(guān)系（浸水4d）

圖2 浸水4d試件擊實次數(shù)與CBR的關(guān)系曲線

3 提高路基填料CBR值的措施

3.1 通過提高路基土的壓實度來提高黃土填料的CBR值

根據(jù)表3、圖2可以得到以下結(jié)論：

1）隨著擊實次數(shù)的增大，CBR值明顯增大。說明重型擊實試驗擊實次數(shù)影響了試樣的密實程度與CBR值。其影響主要表現(xiàn)在隨著壓實度的提高，CBR值顯著增大。因此在施工過程中，可以通過增大壓實度的方法來增大CBR值。

2)對于羅定高速公路的濕陷性黃土，當壓實度由95%提高到97%時，CBR值大約能提高10%～15%，最高值為20.28%；當壓實度由97%提高到100%時，CBR值提高的幅度略有降低。因此，在黃土路基施工過程中，壓實度達到97%左右時，CBR值便可達到要求，繼續(xù)提高壓實度以增大CBR值的做法是不可取的[5]。而且，壓實度的提高必然會帶來工程造價的上升以及工期的延長，因此，這樣做往往是得不償失的。

3.2 通過摻加生石灰來提高黃土填料的CBR值

在試驗分析過程中，選取在浸水4d條件下，素土及摻灰1%、2%、3%、4%改良土所對應(yīng)的CBR值來分析，結(jié)果如表3和圖3所示。

圖3 摻灰量與CBR值的關(guān)系（浸水4d）

從圖3中可以得出如下結(jié)論：

1）在黃土中加入生石灰，CBR值增加明顯。摻入1% 的生石灰，每層30擊(壓實度90%)情況下的CBR值達到20%左右，每層50擊(壓實度95%)的CBR值達到30%以上，每層擊實70次(壓實度97%左右)的CBR值達到40%以上，遠遠超過了規(guī)范的要求。

2)隨著灰劑量的增加，各種土的CBR值逐漸增大，但其增長速率隨著石灰摻入量的增大而減小。在摻灰3%（擊實70）時CBR值最大，而摻灰4%時CBR值逐漸降低。事實上，摻入1%的生石灰土體的CBR值即可滿足要求，但在施工現(xiàn)場，為了確保混合填料的均勻性，摻入3%的石灰土完全能滿足路基所要求的CBR值。因此，在甘肅黃土地區(qū)的公路施工中，采用2%一3%的生石灰作為外摻劑是較為經(jīng)濟合理的。

4 摻灰量和壓實度的關(guān)系

石灰摻入黃土中會影響黃土的密實程度，不同擊實次數(shù)條件下石灰摻量與壓實度的關(guān)系如圖4所示。

圖4 摻灰量與壓實度之間的關(guān)系曲線

從圖4可以看出：1）相同擊實次數(shù)不摻灰黃土的壓實度高于摻灰黃土的壓實度，并且隨著石灰摻入量的增加石灰土的壓實度逐漸降低。其原因主要是生石灰摻入黃土中后，黃土骨架顆粒間接觸形成的原始凝聚力和鹽晶膠膜形成的加固凝聚力減小，造成石灰土的塑性下降，同時黃土中有一部分水分被消耗于石灰與土的水化作用中，而不能有效地減少土顆粒間的摩擦力，從而對壓實不利。

2）相同摻灰量下當每層土樣的擊實次數(shù)增加時，石灰土的壓實度逐漸增加，擊實次數(shù)從30次增加到50次及從50次增加到70次時，壓實度增加比較明顯，然而從70次增加到98次，壓實度增幅較小。故在摻灰量保持不變的條件下，單方面通過增大擊實功來提高石灰土的壓實度，是不經(jīng)濟的。

3）對摻灰量和壓實度進行回歸分析，得出摻灰量和壓實度的關(guān)系：

擊實30次(K=90%)時

y=0.2272x2-1.7452x+90.528(R2=0.9639)

擊實50次(K=95%)時

y=-0.0106x2-0.7815x+94.579 (R2=0.9632)

擊實70次(K=97%)時

y=0.2694x2-2.0767x+97.888 (R2=0.9889)

擊實98次(K=99%)時

y=0.3753x2-2.5446x+98.855 (R2=0.9857)

其中，y代表壓實度，x代表摻灰量。

5 結(jié)語

在黃土路基施工中，黃土填料的CBR值往往無法達到規(guī)范的要求。為了提高黃土填料的強度和穩(wěn)定性，降低工程造價，保證道路結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，延長其使用壽命，針對施工中存在CBR值不滿足規(guī)范規(guī)定指標的現(xiàn)狀，從提高路基壓實度和摻加生石灰兩方面進行了提高路基CBR值的試驗研究。試驗結(jié)果表明：提高壓實度和摻灰處理都可以有效提高承載比。但單方面提高壓實度是不經(jīng)濟的。在黃土中摻加生石灰顯著改善了黃土的力學(xué)性能，大大提高其CBR值，并提出了適合西北黃土地區(qū)的最佳摻灰量。

[1] 中華人民共和國行業(yè)標準(JTG D50—2004).《瀝青路面設(shè)計規(guī)范》.北京：人民交通出版社.2004年.53-56.

[2] 中華人民共和國行業(yè)標準(JTGD30-2004).《公路路基設(shè)計規(guī)范》.北京:人民交通出版社.2004年.4-5.

[3] 中華人民共和國行業(yè)標準(JTGF10-2006).《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》.北京:人民交通出版社.2006年.28-30.

[4] 中華人民共和國行業(yè)標準《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40—2007）.北京:人民交通出版社.2007年.41-44.

[5]顧偉杰.黃土填料力學(xué)控制指標與標準研究[J].長安大學(xué)碩士學(xué)位論文.2004,（4）.24-25