石灰改性黃土在山區公路路基工程中的應用

王國愛（甘肅省定西市農村公路建設養護管理處，甘肅 定西 743000）

石灰改性黃土在山區公路路基工程中的應用

王國愛（甘肅省定西市農村公路建設養護管理處，甘肅 定西 743000）

黃土地區山區公路路基沉降是最為常見病害之一，并影響路面及構造物耐久性和穩定性，通過石灰改性黃土對路基進行換填，不但材料輕質降低路基自重，而且減輕運營期間的養護維修工作，是山區公路建設的一項重要工程措施。本文就石灰土改性黃土強度的形成機理及增加強度特性的方法進行分析說明。

石灰改性黃土；路基工程；應用

1 工程概況

甘肅省定西市通渭至榜羅革命遺址公路建設工程是全國100條紅色旅游公路重點公路建設項目之一，全線按二級公路技術標準修建，公路荷載Ⅰ級，全長60.6公里，項目位于黃土高原隴西地區的中部，地表絕大部分被黃土覆蓋，總體上屬黃土梁地貌中的陡梁深溝谷地貌。由于黃土是一種多孔隙、大孔性、弱膠結的沉積物，富含碳酸鹽，用其修筑的路基會出現多種病害。為避免路床承載力不足，路基不均勻沉降，受水浸濕后會產生較大的沉陷以及路堤邊坡溜方等，該項目在低填淺挖填路段、新舊路基結合路段上路床采用3%的石灰改性黃土回填并壓實；在填方及挖方路基填料CBR不滿足要求路段，對路床超挖80cm，下路床回填壓實，上路床換填3%石灰土；在黃土陷穴處理頂部30cm采用二八灰土夯實回填。本文結合該項目石灰改性黃土的應用談幾點看法。

2 石灰改性黃土強度的形成機理

2.1 強度的形成過程

石灰是用石灰石、白云石、白堊、貝殼等碳酸鈣含量高的原料，經900～1100℃煅燒而成，屬氣硬型膠凝材料。生石灰呈白色或灰色塊狀，生石灰粉是由塊狀生石灰磨細而得到的細粉，其主要成分是CaO，黃土中摻入石灰后，在一定條件下將發生復雜的物理—化學反應，從而使黃土的強度特性改變。初期階段石灰開始消化與硬化，石灰改性黃土結團、塑性指數降低、最佳含水量的增大和最大干密實度的減小等，改性黃土后期在填筑過程，由于火山灰反應、離子交換反應、碳酸化反應，改性黃土顆粒相互靠攏，相互嵌鎖，從而出現板結，強度、穩定性及剛度等提升。硬化后的灰土屬脆性材料。實驗證明，石灰改性黃土硬化的化學微觀機理可以通過離子化反應、離子交換-水膠連接作用、固結反應和碳酸化和結晶作用等，生成硅酸鈣化合物和鋁酸鈣化合物及鈣鋁黃長石水化物等，使得土的強度顯著提高，而且隨時間延續而增大，具有長期穩定性，這就是石灰改性黃土強度形成的機理。

2.2 強度與石灰摻量的關系

黃土的強度受兩種粘聚力制約，一種為水膜的物理化學作用、粘土礦物顆粒的粘結和顆粒間分子引力所形成的原始粘聚力;另一種為碳酸鹽、石膏及其它包圍在顆粒外部的鹽類薄膜膠結而成的加固粘聚力，在天然狀態下，主要是加固粘聚力起主要作用。石灰的劑量對石灰土強度影響顯著，石灰的含量較低時，石灰主要起穩定作用，使土的塑性降低，初步具有水穩性，密實度和強度得到穩定。隨著劑量的增加，強度和穩定性均提高。但石灰的含量超過一定數量后，過多的石灰將沉積在土中孔隙而不參加反應，會導致孔隙比增加、石灰土強度降低。因此，對于石灰改性土，存在最佳石灰劑量。應根據工程需要和環境因素，通過對石灰改性黃土進行三軸剪切試驗、擊實試驗、抗凍融循環試驗確定公路路基填料要求的最佳石灰劑量。

3 增強石灰改性黃土強度的方法

3.1 提高石灰的細度和等級

石灰應采用Ⅲ以上磨細生石灰，即CaO與MgO的含量越高，石灰的細度越大，石灰和土的接觸面積越大，在同樣灰劑量下與土粒作用越充分，因而效果越好。生石灰在灰土中消解可放出大量的熱能，加速灰土的硬化，而且剛消解的石灰呈膠狀氫氧化鈣，其活性和溶解度均較高，能保證石灰與土中膠粒更好的作用。

3.2 選擇最佳的石灰劑量

石灰劑量對石灰強度影響顯著，石灰劑量較低時，石灰主要起穩定作用，使土的塑性、膨脹減小，使土的密度、強度得到改善。隨著劑量的增加，石灰改性黃土的強度和穩定性均提高。但當劑量超過一定范圍時，過多的石灰將沉積在土中孔隙而不參加反應，會導致孔隙比增加、強度反而降低，生產實踐中常用最佳劑量為8%—14%，劑量的確定應根據結構層技術要求進行混合料組成設計。

3.3 保持一定的含水量

石灰土是一種水硬性材料，水是石灰土的重要組成部分，它促進石灰改性黃土物理—化學變化，通過標準擊實試驗確定最佳含水量，并用以控制實際施工中保證含水率。

3.4 提高石灰土的密實度

實踐證明，石灰土的密實度每增減1%，強度約增減4%左右，而且密實的石灰抗凍融循環、水穩性較好，干縮現象也很少出現。要提高石灰土的密實度就必須進行碾壓，碾壓應在最佳含水量時進行。

3.5 一定的齡期和養護條件

石灰改性黃土的強度存在明顯的齡期效應，在碳酸化和結晶作用過程中，早期強度較小，石灰改性黃土的強度隨養護齡期的增長而增大，其早期強度沒有明顯的優勢，所以在實際工程中，養護齡期不得低于7d。因此在實際工程中要注意養護齡期和養護條件。

4 結 語

路基作為主要的承重結構，承受著本身的土體自重和路面重力，以及由路面傳遞而來的行車荷載，是整個公路構造的重要組成部分，而路基填料性質好壞直接關系到路基填筑質量。為增強路基穩定性和承載力，將一定量石灰摻入黃土，經拌和用于填筑路堤，并做好石灰改性黃土的養護，相對節省投資，還能提高公路建設質量，減少路基工程質量通病。但在工程應用中，一般采用的是石灰改性黃土的早期強度，把其后期強度作為一種長期的強度儲備來考慮。如何充分利用石灰土的后期強度是我們有待解決的問題。

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Discussion on application of lime modified loess in highway subgrade engineering in mountainous area

The roadbed settlement in mountainous area is one of the most common diseases in loess area． It affects the durability and stability of pavement and structure． The roadbed is replaced by lime-modified loess，which not only reduces the dead weight of roadbed，but also reduces the maintenance during operation． Maintenance work，is a mountainous highway construction is an important engineering measures． In this paper，the formation mechanism of the lime soil-modified loess strength and the method to increase the strength characteristics are analyzed．

lime - modified loess;subgrade；application

文獻標識碼：B

1003-8965（2017）01-0075-01