生石灰提高黃土路基CBR值試驗(yàn)應(yīng)用分析

摘 要：CBR值是關(guān)系到路基穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，在我國(guó)的工程實(shí)踐中黃土基礎(chǔ)的應(yīng)用為CBR值的測(cè)定帶來(lái)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(cè)定帶來(lái)了一定的難度，所以利用試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行分析就成為了指導(dǎo)施工的重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：CBR 生石灰 黃土路基 摻和試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào):U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2011)12(a)-0000-00

1 我國(guó)黃土路基CBR試驗(yàn)概述

所謂的CBR試驗(yàn)就是承載比試驗(yàn)，即通過(guò)規(guī)定尺寸的探頭貫入路基中測(cè)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(xiàng)試驗(yàn)技術(shù)是在調(diào)查路面情況時(shí)提出的，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果用CBR表示。CBR值是對(duì)材料抵抗具備載荷的壓入變形來(lái)描述材料的抗壓載能力，具體的指標(biāo)就是貫入來(lái)那個(gè)達(dá)到2.5mm的時(shí)候，單位壓力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)為篩分碎石壓入相同貫入量是標(biāo)準(zhǔn)載荷強(qiáng)度的比值，利用對(duì)比來(lái)衡量路基的力學(xué)性質(zhì)。承載比試驗(yàn)在國(guó)際范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛，為公路、機(jī)場(chǎng)等路面設(shè)計(jì)提供了路基填土的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

從我國(guó)的應(yīng)用情況看，其在黃土地區(qū)中的應(yīng)用就成為了一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。因?yàn)槲覈?guó)的黃土地分布較廣，隨著經(jīng)濟(jì)開(kāi)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?dāng)U大，但是在使用中發(fā)現(xiàn)黃土尤其特有的理化特性和結(jié)構(gòu)特征，其CBR往往不能滿(mǎn)足路基設(shè)計(jì)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(shí)度和彎沉都滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，唯獨(dú)CBR指數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求的情況。

在具體的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，CBR試驗(yàn)應(yīng)用的模擬材料在使用的過(guò)程中應(yīng)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(shè)計(jì)狀態(tài)，但是干燥地區(qū)，其地區(qū)、地形、排水、路面結(jié)構(gòu)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(dāng)改進(jìn)試樣飽水方法和飽水時(shí)間，使得CBR來(lái)適應(yīng)實(shí)際情況而得到有指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)。因此通常在試驗(yàn)中考慮到干旱或者半干旱的狀態(tài)，其降水量和時(shí)間都短，黃土路基多處于干燥或者中的濕度，不能達(dá)到飽水4d的含水量。同時(shí)公路建設(shè)中施工單位通常會(huì)拌入低劑量的生石灰來(lái)穩(wěn)定潮濕路段或者濕陷性路基，以此滿(mǎn)足黃土路基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。此時(shí)生石灰處置黃土路基的用量、浸水時(shí)間、CBR值之間的關(guān)系就成為了影響黃土路基安全性的重要問(wèn)題。

2 生石灰提供黃土路基CBR值的試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)中采用生石灰和黃土為研究對(duì)象，其生石灰取自某地的鈣質(zhì)生石灰，經(jīng)過(guò)碾碎處理后經(jīng)過(guò)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(chǎng)，取樣深度為3、4、5m，各自取樣為6-10個(gè)，然后確定其具體的物理和化學(xué)指標(biāo)性能，并做好記錄。

為了保證試驗(yàn)的均勻性和穩(wěn)定性，所有的土樣都經(jīng)過(guò)統(tǒng)一步驟進(jìn)行處理，風(fēng)干并過(guò)5mm圓孔篩。采用重型擊實(shí)試驗(yàn)法測(cè)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(biāo)準(zhǔn)，在相同石灰拌合量下，進(jìn)行擊實(shí)，同時(shí)分別對(duì)其進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的浸水處理。最后測(cè)定其CBR值，根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果分析生石灰對(duì)黃土強(qiáng)度、路基穩(wěn)定性等參數(shù)的影響，并得出石灰對(duì)黃土路基CBR的影響結(jié)果。

2.2 分項(xiàng)結(jié)果分析與總結(jié)

1）含量與壓實(shí)度

石灰拌入黃土中會(huì)直接應(yīng)黃土的密實(shí)度，從不同的擊實(shí)次數(shù)和條件分析石灰拌合量具有如下關(guān)系。在相同擊實(shí)次數(shù)條件下，不摻和石灰的黃土壓實(shí)度要高于摻和石灰的黃土，同時(shí)隨著石灰含量的逐步增加，石灰+黃土的壓實(shí)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(huì)降低，造成石灰+黃土的塑性明顯減小，同時(shí)黃土中原有的水分被石灰和土的水化作用消耗，此時(shí)就會(huì)造成黃土趨于松散，不利于壓實(shí)。

同時(shí)，在試驗(yàn)中利用相同摻和比例的石灰+黃土進(jìn)行不同的擊實(shí)試驗(yàn)，其隨著擊實(shí)次數(shù)增加而壓實(shí)度也會(huì)隨之增加。擊實(shí)次數(shù)從30-50，50-70，依次增加時(shí)，壓實(shí)度會(huì)明顯增加，然后到達(dá)70-90次后其壓實(shí)度增幅會(huì)突然減小，因此在石灰+黃土的比例一定的情況下，設(shè)計(jì)采用多次壓實(shí)來(lái)提供黃土基礎(chǔ)的壓實(shí)度是不能起到應(yīng)有效果的。

2）浸水時(shí)長(zhǎng)和CBR關(guān)系

試驗(yàn)中為了研究浸水時(shí)長(zhǎng)對(duì)黃土+石灰的CBR值的影響，安全前面分析的結(jié)果，選擇擊實(shí)70次為統(tǒng)一試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，按照浸水1、2、3、4d進(jìn)行四組CBR試驗(yàn)并進(jìn)行分析，從結(jié)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(shí)長(zhǎng)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(cè)定值雖然出現(xiàn)了下降，幅度較小，隨著浸水時(shí)間延長(zhǎng)，石灰+黃土的CBR反而出現(xiàn)增加的情況。這時(shí)因?yàn)閾饺肷液蠡彝林g出現(xiàn)離子交換，水膠連接、固結(jié)反應(yīng)等微觀效應(yīng)，從而改變了黃土顆粒膠結(jié)成分和其性質(zhì)，導(dǎo)致黃土微觀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。

3）擊實(shí)次數(shù)與CBR

從擊實(shí)次數(shù)上看，研究了不浸水和浸水4d的試樣的情況，擊實(shí)次數(shù)對(duì)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?yàn)閾胶褪液螅瑢?dǎo)致其均勻性下降，土體中沒(méi)有足夠的水和石灰顆粒進(jìn)行微觀上的離子交換、結(jié)晶、固化、碳酸化等，從而導(dǎo)致石灰+黃土的凝聚性下降，不能完全形成晶體結(jié)構(gòu)，因此其強(qiáng)度較低。綜合分析中看出，隨著擊實(shí)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(shì)，當(dāng)擊實(shí)次數(shù)超過(guò)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?yàn)槌掷m(xù)增加的打擊作用一方面增加了土體的壓實(shí)度，同時(shí)也對(duì)土體中石灰熟化形成所形成的晶體網(wǎng)絡(luò)、硅酸鈣、鋁酸鈣等膠凝物質(zhì)產(chǎn)生的進(jìn)一步的破壞，以此導(dǎo)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(jié)論，70次是石灰+黃土的最佳擊實(shí)次數(shù)。

4）石灰摻量與CBR關(guān)系

石灰的摻和量是影響石灰+黃土路基穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，為了研究石灰摻合量對(duì)CBR的影響，試驗(yàn)以浸水4d的土樣為研究對(duì)象，分別對(duì)0、1%、2%、3%、4%的石灰+黃土試樣進(jìn)行分析。試驗(yàn)表明，不同擊實(shí)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(shí)CBR最大，持續(xù)增加范圍出現(xiàn)下降。其原因是少量石灰會(huì)對(duì)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(huì)減小，而石灰+黃土的密度會(huì)增加；當(dāng)摻和量持續(xù)增加時(shí)，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(qiáng)度，試驗(yàn)表明最佳的灰土比例為3%。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜合前面的試驗(yàn)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(cè)定就可以看出其效果。同時(shí)試驗(yàn)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(yīng)從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā)，對(duì)實(shí)際的施工工藝進(jìn)行指導(dǎo)，這樣才能獲得最佳的效果。

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