提高黃土填料CBR值的措施與經(jīng)濟(jì)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(píng)價(jià)路基土和路面材料強(qiáng)度和穩(wěn)定性的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。隨著高速公路的建設(shè)，CBR值亦成為路面填料選擇的一個(gè)重要指標(biāo)依據(jù)。同時(shí)近年來，隨著高速公路的蓬勃發(fā)展，對(duì)路基填料提出了更為嚴(yán)格的要求，交通部門已將CBR值作為路基填料強(qiáng)度指標(biāo)的控制參數(shù)和路基填料選擇的依據(jù)，并與壓實(shí)度一起作為路基施工質(zhì)量控制的指標(biāo)。

在現(xiàn)行路基設(shè)計(jì)和施工規(guī)范以及《瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中，對(duì)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(jì)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(shí)，其CBR值往往無法達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范的要求。需要采取措施進(jìn)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(jì)性，要在施工條件允許的情況下，采取經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)其使用壽命。

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

表1 路基最小強(qiáng)度、最大粒徑及壓實(shí)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(qiáng)度符合規(guī)范要求。目前，在黃土地區(qū)的公路設(shè)計(jì)和施工過程中，公路交通部門常采用提高路基土的壓實(shí)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(jìn)行試驗(yàn)分析研究。

2 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)以生石灰和黃土為研究對(duì)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(chǎng)，生石灰為鈣質(zhì)生石灰。土樣的物理指標(biāo)見表2。

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)

根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》[4]（JTG E40—2007）的試驗(yàn)方法對(duì)素土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)重型擊實(shí)試驗(yàn),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(shí)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(shí)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(biāo)

2.2 CBR試驗(yàn)

在擊實(shí)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)每種土樣在最佳含水量的條件下進(jìn)行浸水4d的CBR試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中，將每層土樣的擊實(shí)次數(shù)分別控制在30、50、70、98次，試件對(duì)應(yīng)壓實(shí)度分別達(dá)到90%、95%、97%和99%左右，試驗(yàn)結(jié)果如表3、圖2所示。

表3 擊實(shí)次數(shù)與CBR的關(guān)系（浸水4d）

圖2 浸水4d試件擊實(shí)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(shí)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(shí)次數(shù)的增大，CBR值明顯增大。說明重型擊實(shí)試驗(yàn)擊實(shí)次數(shù)影響了試樣的密實(shí)程度與CBR值。其影響主要表現(xiàn)在隨著壓實(shí)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(shí)度的方法來增大CBR值。

2)對(duì)于羅定高速公路的濕陷性黃土，當(dāng)壓實(shí)度由95%提高到97%時(shí)，CBR值大約能提高10%～15%，最高值為20.28%；當(dāng)壓實(shí)度由97%提高到100%時(shí)，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(shí)度達(dá)到97%左右時(shí)，CBR值便可達(dá)到要求，繼續(xù)提高壓實(shí)度以增大CBR值的做法是不可取的[5]。而且，壓實(shí)度的提高必然會(huì)帶來工程造價(jià)的上升以及工期的延長(zhǎng)，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(yàn)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(duì)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(shí)度90%)情況下的CBR值達(dá)到20%左右，每層50擊(壓實(shí)度95%)的CBR值達(dá)到30%以上，每層擊實(shí)70次(壓實(shí)度97%左右)的CBR值達(dá)到40%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhǎng)速率隨著石灰摻入量的增大而減小。在摻灰3%（擊實(shí)70）時(shí)CBR值最大，而摻灰4%時(shí)CBR值逐漸降低。事實(shí)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(chǎng)，為了確?；旌咸盍系木鶆蛐?，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(jì)合理的。

4 摻灰量和壓實(shí)度的關(guān)系

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

圖4 摻灰量與壓實(shí)度之間的關(guān)系曲線

從圖4可以看出：1）相同擊實(shí)次數(shù)不摻灰黃土的壓實(shí)度高于摻灰黃土的壓實(shí)度，并且隨著石灰摻入量的增加石灰土的壓實(shí)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(shí)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(duì)壓實(shí)不利。

2）相同摻灰量下當(dāng)每層土樣的擊實(shí)次數(shù)增加時(shí)，石灰土的壓實(shí)度逐漸增加，擊實(shí)次數(shù)從30次增加到50次及從50次增加到70次時(shí)，壓實(shí)度增加比較明顯，然而從70次增加到98次，壓實(shí)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(shí)功來提高石灰土的壓實(shí)度，是不經(jīng)濟(jì)的。

3）對(duì)摻灰量和壓實(shí)度進(jìn)行回歸分析，得出摻灰量和壓實(shí)度的關(guān)系：

擊實(shí)30次(K=90%)時(shí)

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

擊實(shí)50次(K=95%)時(shí)

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

擊實(shí)70次(K=97%)時(shí)

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

擊實(shí)98次(K=99%)時(shí)

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

其中，y代表壓實(shí)度，x代表?yè)交伊俊?/p>

5 結(jié)語(yǔ)

在黃土路基施工中，黃土填料的CBR值往往無法達(dá)到規(guī)范的要求。為了提高黃土填料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，降低工程造價(jià)，保證道路結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，延長(zhǎng)其使用壽命，針對(duì)施工中存在CBR值不滿足規(guī)范規(guī)定指標(biāo)的現(xiàn)狀，從提高路基壓實(shí)度和摻加生石灰兩方面進(jìn)行了提高路基CBR值的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：提高壓實(shí)度和摻灰處理都可以有效提高承載比。但單方面提高壓實(shí)度是不經(jīng)濟(jì)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(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JTG D50—2004).《瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》.北京：人民交通出版社.2004年.53-56.

[2] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JTGD30-2004).《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》.北京:人民交通出版社.2004年.4-5.

[3] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(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(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路土工試驗(yàn)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(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)研究[J].長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文.2004,（4）.24-25