生石灰提高黄土路基CBR值试验应用分析

摘要:CBR值是关系到路基稳定性的重要指标,在我国的工程实践中黄土基础的应用为CBR值的测定带来了一定的难度。而普遍采用的石灰+黄土的路基形式也给CBR值测定带来了一定的难度,所以利用试验对其进行分析就成为了指导施工的重要依据。

关键词:CBR 生石灰 黄土路基 掺和试验 1 我国黄土路基CBR试验概述

所谓的CBR试验就是承载比试验,即通过规定尺寸的探头贯入路基中测定其特定的载荷参数,以此判断土体(路基)的承载能力。此项试验技术是在调查路面情况时提出的,实验的结果用CBR表示。CBR值是对材料抵抗具备载荷的压入变形来描述材料的抗压载能力,具体的指标就是贯入来那个达到2.5mm的时候,单位压力对标准为筛分碎石压入相同贯入量是标准载荷强度的比值,利用对比来衡量路基的力学性质。承载比试验在国际范围内应用广泛,为公路、机场等路面设计提供了路基填土的质量控制标准。

从我国的应用情况看,其在黄土地区中的应用就成为了一个技术难点。因为我国的黄土地分布较广,随着经济开发黄土地区的道路施工也随之大规模拓展,黄路基的面积也随之扩大,但是在使用中发现黄土尤其特有的理化特性和结构特征,其CBR往往不能满足路基设计的需求和施工范围的规定。在许多公路路基工程中出现路基压实度和弯

沉都满足了设计标准,唯独CBR指数达不到设计的要求的情况。

在具体的试验中发现,CBR试验应用的模拟材料在使用的过程中应处在最不利于承载的状态,通常材料都是在4d饱水状态作为设计状态,但是干燥地区,其地区、地形、排水、路面结构等外部因素,论证路基潮湿度和土体试样饱水4d其含水量的差异是十分明显的,则可以适当改进试样饱水方法和饱水时间,使得CBR来适应实际情况而得到有指导意义的数据。因此通常在试验中考虑到干旱或者半干旱的状态,其降水量和时间都短,黄土路基多处于干燥或者中的湿度,不能达到饱水4d的含水量。同时公路建设中施工单位通常会拌入低剂量的生石灰来稳定潮湿路段或者湿陷性路基,以此满足黄土路基的稳定性和强度。此时生石灰处置黄土路基的用量、浸水时间、CBR值之间的关系就成为了影响黄土路基安全性的重要问题。

2 生石灰提供黄土路基CBR值的试验分析 2.1 试验方案

试验中采用生石灰和黄土为研究对象,其生石灰取自某地的钙质生石灰,经过碾碎处理后经过2.5mm的圆孔筛分筛。黄土试样取值某公路施工制定的路基填料场,取样深度为3、4、5m,各自取样为6-10个,然后确定其具体的物理和化学指标性能,并做好记录。

为了保证试验的均匀性和稳定性,所有的土样都经过统一步骤进行处理,风干并过5mm圆孔筛。采用重型击实试验法测定石灰剂量分别为1%、2%、3%、4%是黄土试样的最大干密度和最佳含水量。并按照最佳含水量作为控制标准,在相同石灰拌合量下,进行击实,同时分别对其进行不同时长的浸水处理。最后测定其CBR值,根据试验的结果分析生石灰对黄土强度、路基稳定性等参数的影响,并得出石灰对黄土路基CBR的影响结果。

2.2 分项结果分析与总结 (1)含量与压实度

石灰拌入黄土中会直接应黄土的密实度,从不同的击实次数和条件分析石灰拌合量具有如下关系。在相同击实次数条件下,不掺和石灰的黄土压实度要高于掺和石灰的黄土,同时随着石灰含量的逐步增加,石灰+黄土的压实度不断降低。分析原因,生石灰掺入黄土后,黄土原有的颗粒骨架就发生了改变,原始的平衡凝聚力和盐晶胶膜形成的加固凝聚力就会降低,造成石灰+黄土的塑性明显减小,同时黄土中原有的水分被石灰和土的水化作用消耗,此时就会造成黄土趋于松散,不利于压实。

同时,在试验中利用相同掺和比例的石灰+黄土进行不同的击实试验,其随着击实次数增加而压实度也会随之增加。击实次数从30-50,50-70,依次增加时,压实度会明显增加,然后到达70-90次后其压

实度增幅会突然减小,因此在石灰+黄土的比例一定的情况下,设计采用多次压实来提供黄土基础的压实度是不能起到应有效果的。

(2)浸水时长和CBR关系

试验中为了研究浸水时长对黄土+石灰的CBR值的影响,安全前面分析的结果,选择击实70次为统一试验标准,按照浸水1、2、3、4d进行四组CBR试验并进行分析,从结果可以看出,不同掺和石灰的黄土CBR的水稳定性差,随着浸水时长增加其形成的CBR值逐渐减小,浸水1d的降幅最大,之后几天降幅逐渐减小。而石灰+黄土则出现不同的规律,浸水1d的CBR测定值虽然出现了下降,幅度较小,随着浸水时间延长,石灰+黄土的CBR反而出现增加的情况。这时因为掺入生石灰后灰土之间出现离子交换,水胶连接、固结反应等微观效应,从而改变了黄土颗粒胶结成分和其性质,导致黄土微观结构的特征出现了较大的改变,使得黄土趋向于更加稳定的微观结构。

(3)击实次数与CBR

从击实次数上看,研究了不浸水和浸水4d的试样的情况,击实次数对不掺和黄土和石灰+黄土的影响出现以下规律,不浸水条件下不掺和黄土的CBR平均值大于掺和黄土的CBR值。这是因为掺和石灰后,导致其均匀性下降,土体中没有足够的水和石灰颗粒进行微观上的离子交换、结晶、固化、碳酸化等,从而导致石灰+黄土的凝聚性下降,不能完全形成晶体结构,因此其强度较低。综合分析中看出,随着击实

次数从30次增加到70次,所有土样的CBR都出现增加的趋势,当击实次数超过70次后,只有不掺合石灰的黄土CBR略有增加外,石灰+黄土的CBR都出现下降。主要是因为持续增加的打击作用一方面增加了土体的压实度,同时也对土体中石灰熟化形成所形成的晶体网络、硅酸钙、铝酸钙等胶凝物质产生的进一步的破坏,以此导致了石灰+黄土的CBR值出现下降。所有得出与前面相同的结论,70次是石灰+黄土的最佳击实次数。

(4)石灰掺量与CBR关系

石灰的掺和量是影响石灰+黄土路基稳定性的一个重要因素,为了研究石灰掺合量对CBR的影响,试验以浸水4d的土样为研究对象,分别对0、1%、2%、3%、4%的石灰+黄土试样进行分析。试验表明,不同击实次数条件下CBR与石灰掺和量之间所呈现的规律是一致的,即CBR值随着石灰掺和量的增加而增加,在石灰掺和量为3%时CBR最大,持续增加范围出现下降。其原因是少量石灰会对黄土起到明显的稳定作用,石灰土的塑性和膨胀率、聚水量都会减小,而石灰+黄土的密度会增加;当掺和量持续增加时,石灰+黄土的均匀性降低,部分石灰在黄土中“自由”存在,从而降低了石灰+黄土的强度,试验表明最佳的灰土比例为3%。

3 结语

综合前面的试验看,利用生石灰改善黄土的理化性质是可行的,从CBR值的测定就可以看出其效果。同时试验也证明石灰+黄土的改善措施是要在一定的条件下才能发挥其真正的作用的,所以应从现场试验数据出发,对实际的施工工艺进行指导,这样才能获得最佳的效果。

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