劉路路, 劉曉燕，朱登武，譚立振

(長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710054)

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西安某路基CBR試驗(yàn)研究分析

劉路路, 劉曉燕，朱登武，譚立振

(長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710054)

CBR是路基土和路面材料的強(qiáng)度指標(biāo)，是柔性路面設(shè)計(jì)的主要參數(shù)之一。以陜西省西安市灃東新區(qū)富裕路西延伸段黃土作為試驗(yàn)對(duì)象，分析不同擊實(shí)次數(shù)、不同浸水時(shí)間對(duì)原狀黃土與含10%生石灰的黃土CBR值的影響。結(jié)果表明：黃土路基生石灰的摻入可改變黃土的微觀結(jié)構(gòu)特征，使黃土的承載力、抗剪強(qiáng)度和水穩(wěn)性顯著提高。

CBR；黃土；生石灰

隨著西部地區(qū)公路建設(shè)的發(fā)展，黃土越來越多地被用作路基填料[1]。實(shí)際工程中，由于黃土自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其CBR值和抗剪強(qiáng)度通常無法滿足路基設(shè)計(jì)和施工規(guī)范的要求，因此在許多路基施工過程中，采用摻加粉煤灰或生石灰等方法處理以使其滿足規(guī)范和施工要求。目前，多采用加入生石灰來處理黃土路基，其優(yōu)點(diǎn)是：價(jià)格便宜，能快速有效地改善黃土的強(qiáng)度，消除或減弱黃土的膨脹性，以生石灰改良的黃土具有較高的承載力、抗剪強(qiáng)度和良好的水穩(wěn)定性[2]。

1　試驗(yàn)方法及試驗(yàn)方案

本文試驗(yàn)依據(jù)公路土工試驗(yàn)規(guī)程(JTG E40—2007)與公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D30—2015)來檢測(cè)。將西安市灃東新區(qū)富裕路西延伸段的取樣黃土風(fēng)干(必要時(shí)可在50℃烘箱內(nèi)烘干)，用木棍搗碎，但應(yīng)盡量不使土或粒料的單個(gè)顆粒破碎。土團(tuán)均應(yīng)搗碎到可通過5 mm的篩孔。將生石灰搗碎并使其過2.5 mm的篩孔。配置摻入10%生石灰的黃土和不摻生石灰的黃土進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)[3]。采用重型擊實(shí)法測(cè)定摻入10%生石灰的黃土和不摻入生石灰的黃土最大干密度和最佳含水量，并測(cè)出在最佳含水量情況下?lián)饺?0%生石灰的黃土和不摻入生石灰的黃土(也叫作原狀軟黃土)分三層擊實(shí)成型試件，每層分別擊實(shí)30、50、98次，對(duì)應(yīng)的壓實(shí)度分別達(dá)到93%，94%，96% 。每種壓實(shí)度下做兩個(gè)試件(得出的數(shù)據(jù)取平均值以減小試驗(yàn)誤差)，然后分別在不浸水和浸水1 d，2 d，3 d，4 d情況下測(cè)其CBR值[3]。

2　原狀黃土和含10%生石灰黃土的基本指標(biāo)測(cè)定

將原狀黃土與含10%生石灰的黃土，按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定其液、塑限，抗剪強(qiáng)度以及將試樣擊實(shí)，從而測(cè)出最優(yōu)含水量和最大干密度，并對(duì)兩者進(jìn)行直剪試驗(yàn)。各項(xiàng)試驗(yàn)基本指標(biāo)如表1、表2和圖1所示。

表1　原狀黃土與含10%生石灰黃土基本指標(biāo)

通過比較原狀黃土和含10%生石灰的黃土的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)可以看出：

圖1　原狀黃土與含10%生石灰黃土垂直壓力與最大剪應(yīng)力的關(guān)系

(1)原狀黃土的塑性指數(shù)、塑限較大，液限反而較小，這是由于生石灰的加入使得黃土中的水分與生石灰發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)生成鈣土、鉀土，使得摻入生石灰的黃土的可塑性降低，但二者的塑性指數(shù)均處于10～17，故原狀軟黃土以及含10%生石灰的黃土均為粉質(zhì)粘土[4]。此外，原狀黃土的塑性指數(shù)較大，表明同等質(zhì)量的兩種土，原狀黃土的黏粒含量較大，其可塑性較好。

(2)從表2和圖1可知：加入生石灰之后，該地區(qū)壓實(shí)黃土的粘聚力和內(nèi)摩擦角都增大。根據(jù)庫(kù)侖公式,在同等受力條件下[4]，加入生石灰的黃土的抗剪強(qiáng)度要比原狀黃土的抗剪強(qiáng)度大，說明生石灰的加入明顯提高了黃土的抗剪能力。由表2可看出，加入生石灰提升黃土的抗剪性能主要通過提高土的內(nèi)摩擦角實(shí)現(xiàn)。

表2　原狀黃土與含10%生石灰黃土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

3　試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1擊實(shí)次數(shù)對(duì)CBR值的影響

采用重型擊實(shí)試驗(yàn)其擊實(shí)次數(shù)對(duì)試樣的壓實(shí)程度和CBR值均有影響，為了研究擊實(shí)次數(shù)與CBR值的關(guān)系[2]：將不同壓實(shí)度的原狀黃土和含10%生石灰的黃土分別浸水4 d。試驗(yàn)結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2　不浸水試件的擊實(shí)次數(shù)與CBR的關(guān)系

圖3　浸水4天試件的擊實(shí)次數(shù)與CBR的關(guān)系

由圖2和圖3可以看出：

(1)在不浸水情況下，同等擊實(shí)次數(shù)下的原狀黃土比含10%生石灰黃土的CBR值大，說明在不浸水狀態(tài)下原狀黃土的干密度較大，因?yàn)樵瓲铧S土加入生石灰后其均勻性降低，土中沒有充足的水分與生石灰發(fā)生結(jié)晶作用、固化作用以及碳酸化作用，使加入生石灰后的黃土結(jié)團(tuán)性降低，強(qiáng)度不能完全發(fā)揮出來[2]。隨著擊實(shí)次數(shù)的增加，原狀黃土和含10%生石灰的黃土的CBR值都變大，在擊實(shí)次數(shù)為80時(shí)，其CBR值達(dá)到最大，超過80繼續(xù)擊實(shí)，CBR值開始減小。這說明，在剛開始擊實(shí)時(shí)，隨著擊實(shí)次數(shù)的增加，土的壓實(shí)程度越來越密實(shí)，CBR值也在增加，而當(dāng)擊實(shí)次數(shù)超過80左右時(shí)，非但沒有將試件進(jìn)一步壓實(shí)反而破壞了試件的微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致試件的初始強(qiáng)度降低，相應(yīng)的CBR值也降低[3]。

(2)在浸水的情況下，同等擊實(shí)次數(shù)下的原狀黃土CBR值較小，因?yàn)榻淖饔檬沟猛林兴殖渥悖彝聊軌虬l(fā)生足夠的結(jié)晶作用、固化作用以及碳酸化作用，生成的顆粒結(jié)團(tuán)性較高，能夠發(fā)揮出較高的強(qiáng)度，說明摻灰在浸水情況下可以提高黃土的干密度[5]、強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。同時(shí)也可以看出，浸水情況下CBR值與擊實(shí)次數(shù)的變化規(guī)律與不浸水情況類似。

(3)從整體來看浸水情況的CBR值要小于不浸水情況的CBR值。飽水狀態(tài)的黃土由于水分含量太高使得土顆粒之間的內(nèi)摩擦角變小，顆粒與顆粒之間滑動(dòng)摩擦強(qiáng)度和咬合摩擦強(qiáng)度降低，并且導(dǎo)致顆粒與顆粒之間各種分子引力、化學(xué)鍵等減弱，使其粘聚強(qiáng)度降低。這一點(diǎn)提醒我們?cè)诠吩O(shè)計(jì)的時(shí)候，排水措施的好壞對(duì)路基的影響是相當(dāng)重要的[4]。

3.2浸水時(shí)間對(duì)CBR值的影響

由于浸水時(shí)間對(duì)CBR值會(huì)產(chǎn)生一定的影響，為了研究浸水時(shí)間和CBR值的關(guān)系，設(shè)計(jì)如下試驗(yàn)，將不同壓實(shí)度的試樣不浸水和浸水1 d，2 d，3 d，4 d，分別測(cè)它們的CBR值，如圖4。由圖4可以看出：

(1)隨著浸水時(shí)間的增加，原狀黃土的CBR值逐漸減小，其中浸水前兩天CBR值的降幅最大，隨后降幅減小，浸水4d后，其CBR值達(dá)到最小。這是因?yàn)榻A段，過多的水分破壞了土中的微觀結(jié)構(gòu)，土顆粒之間的連接被破壞，使得土體本身的強(qiáng)度降低[7]。

(2)摻加10%生石灰的黃土在浸水1d后其CBR值減小，但隨著浸水時(shí)間的增加其CBR值不斷增大，浸水4 d時(shí)其CBR最大。這是因?yàn)榈?天黃土里面的石灰還未充分起作用，隨著時(shí)間增加生石灰逐漸發(fā)生結(jié)晶作用、固化作用以及碳酸化作用，使得加入生石灰的黃土變得結(jié)團(tuán)性較高，其強(qiáng)度逐漸升高[8]。對(duì)含10%生石灰的黃土來說，最佳浸水時(shí)間為3 d左右。

圖4　試件浸水時(shí)間與CBR的關(guān)系(k=93%)

4　結(jié)論

(1)含10%生石灰黃土的抗剪強(qiáng)度明顯高于原狀黃土。

(2)在不浸水情況下，含10%生石灰黃土的CBR值比原狀黃土小得多；在浸水情況下，含10%生石灰黃土的CBR值比原狀黃土大。含10%生石灰黃土的最佳浸水時(shí)間為3 d左右，對(duì)實(shí)際工程而言，過度的泡水同樣會(huì)造成一定的強(qiáng)度損失，所以一定要控制好工程的排水措施。

(3)隨著擊實(shí)次數(shù)的增加，土樣的CBR值也隨之增加，但當(dāng)壓實(shí)程度達(dá)到一定值時(shí)，再繼續(xù)增加擊實(shí)次數(shù)，CBR值反而減小，得到含10%生石灰黃土的最佳擊實(shí)次數(shù)約為80次。對(duì)實(shí)際工程而言，過度的壓實(shí)可能會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度的損失。

[1]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.公路土工試驗(yàn)規(guī)程:JTG E40—2007[S].北京：人民交通出版社，2007.

[2]袁聚云,錢建國(guó),張宏鳴,等.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)[M].北京:人民交通出版社,2008.

[3]張玉秀,郭鑫,孔江偉.黃土路基摻入生石灰的CBR試驗(yàn)分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2009,9(20):6243-6246.

[4]劉祖典.黃土力學(xué)與工程[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版,1997.

[5]李建.黃土填料CBR值的影響因素及其規(guī)律研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2014.

[6]高國(guó)瑞.中國(guó)黃土的微結(jié)構(gòu)[J].科學(xué)通報(bào),1980,25(20):945-948.

[7]唐嫻.黃土填料的CBR值影響分析[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版),2009,26(3):38-40.

[8]崔蘭.公路黃土路基強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2011(7):53-56.

Experimental study on a subgrade CBR in Xi'an

LIU Lu-lu, LIU Xiao-yan,ZHU Deng-wu,TAN Li-zhen

(School of Highway,Chang'an University,Xi′an 710054,China)

CBR is the strength index of subgrade soil and pavement material,and is one of the main parameters of flexible pavement design.Take the west extension section of Fuyu Road,Fengdong New District,Xi′an City,Shaanxi Province as the test object,impact analysis is performed on intact loess and CBR values of loess containing 10% quicklime based on different compaction times and different soaking time.The results showed that loess embankment with quicklime incorporated can change its microstructure characteristics,and its bearing capacity,shear strength and water stability are significantly enhanced

CBR values;loess;quicklime

2015-11-19

劉路路(1990—)，男，山東泰安人，碩士研究生。

1674-7046(2016)04-0049-04

10.14140/j.cnki.hncjxb.2016.04.010

TU411

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