西安某路基CBR试验研究分析

刘路路, 刘晓燕，朱登武，谭立振

(长安大学 公路学院，陕西 西安 710054)



西安某路基CBR试验研究分析

刘路路, 刘晓燕，朱登武，谭立振

(长安大学 公路学院，陕西 西安 710054)

CBR是路基土和路面材料的强度指标，是柔性路面设计的主要参数之一。以陕西省西安市沣东新区富裕路西延伸段黄土作为试验对象，分析不同击实次数、不同浸水时间对原状黄土与含10%生石灰的黄土CBR值的影响。结果表明：黄土路基生石灰的掺入可改变黄土的微观结构特征，使黄土的承载力、抗剪强度和水稳性显著提高。

CBR；黄土；生石灰

随着西部地区公路建设的发展，黄土越来越多地被用作路基填料[1]。实际工程中，由于黄土自身的结构特点，其CBR值和抗剪强度通常无法满足路基设计和施工规范的要求，因此在许多路基施工过程中，采用掺加粉煤灰或生石灰等方法处理以使其满足规范和施工要求。目前，多采用加入生石灰来处理黄土路基，其优点是：价格便宜，能快速有效地改善黄土的强度，消除或减弱黄土的膨胀性，以生石灰改良的黄土具有较高的承载力、抗剪强度和良好的水稳定性[2]。

1　试验方法及试验方案

本文试验依据公路土工试验规程(JTG E40—2007)与公路路基设计规范(JTG D30—2015)来检测。将西安市沣东新区富裕路西延伸段的取样黄土风干(必要时可在50℃烘箱内烘干)，用木棍捣碎，但应尽量不使土或粒料的单个颗粒破碎。土团均应捣碎到可通过5 mm的筛孔。将生石灰捣碎并使其过2.5 mm的筛孔。配置掺入10%生石灰的黄土和不掺生石灰的黄土进行对比试验[3]。采用重型击实法测定掺入10%生石灰的黄土和不掺入生石灰的黄土最大干密度和最佳含水量，并测出在最佳含水量情况下掺入10%生石灰的黄土和不掺入生石灰的黄土(也叫作原状软黄土)分三层击实成型试件，每层分别击实30、50、98次，对应的压实度分别达到93%，94%，96% 。每种压实度下做两个试件(得出的数据取平均值以减小试验误差)，然后分别在不浸水和浸水1 d，2 d，3 d，4 d情况下测其CBR值[3]。

2　原状黄土和含10%生石灰黄土的基本指标测定

将原状黄土与含10%生石灰的黄土，按标准进行试验，测定其液、塑限，抗剪强度以及将试样击实，从而测出最优含水量和最大干密度，并对两者进行直剪试验。各项试验基本指标如表1、表2和图1所示。

表1　原状黄土与含10%生石灰黄土基本指标

通过比较原状黄土和含10%生石灰的黄土的各项数据指标可以看出：

图1　原状黄土与含10%生石灰黄土垂直压力与最大剪应力的关系

(1)原状黄土的塑性指数、塑限较大，液限反而较小，这是由于生石灰的加入使得黄土中的水分与生石灰发生一定的化学反应生成钙土、钾土，使得掺入生石灰的黄土的可塑性降低，但二者的塑性指数均处于10～17，故原状软黄土以及含10%生石灰的黄土均为粉质粘土[4]。此外，原状黄土的塑性指数较大，表明同等质量的两种土，原状黄土的黏粒含量较大，其可塑性较好。

(2)从表2和图1可知：加入生石灰之后，该地区压实黄土的粘聚力和内摩擦角都增大。根据库仑公式,在同等受力条件下[4]，加入生石灰的黄土的抗剪强度要比原状黄土的抗剪强度大，说明生石灰的加入明显提高了黄土的抗剪能力。由表2可看出，加入生石灰提升黄土的抗剪性能主要通过提高土的内摩擦角实现。

表2　原状黄土与含10%生石灰黄土的抗剪强度指标

3　试验结果分析

3.1击实次数对CBR值的影响

采用重型击实试验其击实次数对试样的压实程度和CBR值均有影响，为了研究击实次数与CBR值的关系[2]：将不同压实度的原状黄土和含10%生石灰的黄土分别浸水4 d。试验结果如图2和图3所示。

图2　不浸水试件的击实次数与CBR的关系

图3　浸水4天试件的击实次数与CBR的关系

由图2和图3可以看出：

(1)在不浸水情况下，同等击实次数下的原状黄土比含10%生石灰黄土的CBR值大，说明在不浸水状态下原状黄土的干密度较大，因为原状黄土加入生石灰后其均匀性降低，土中没有充足的水分与生石灰发生结晶作用、固化作用以及碳酸化作用，使加入生石灰后的黄土结团性降低，强度不能完全发挥出来[2]。随着击实次数的增加，原状黄土和含10%生石灰的黄土的CBR值都变大，在击实次数为80时，其CBR值达到最大，超过80继续击实，CBR值开始减小。这说明，在刚开始击实时，随着击实次数的增加，土的压实程度越来越密实，CBR值也在增加，而当击实次数超过80左右时，非但没有将试件进一步压实反而破坏了试件的微观结构导致试件的初始强度降低，相应的CBR值也降低[3]。

(2)在浸水的情况下，同等击实次数下的原状黄土CBR值较小，因为浸水的作用使得土中水分充足，石灰土能够发生足够的结晶作用、固化作用以及碳酸化作用，生成的颗粒结团性较高，能够发挥出较高的强度，说明掺灰在浸水情况下可以提高黄土的干密度[5]、强度和水稳定性。同时也可以看出，浸水情况下CBR值与击实次数的变化规律与不浸水情况类似。

(3)从整体来看浸水情况的CBR值要小于不浸水情况的CBR值。饱水状态的黄土由于水分含量太高使得土颗粒之间的内摩擦角变小，颗粒与颗粒之间滑动摩擦强度和咬合摩擦强度降低，并且导致颗粒与颗粒之间各种分子引力、化学键等减弱，使其粘聚强度降低。这一点提醒我们在公路设计的时候，排水措施的好坏对路基的影响是相当重要的[4]。

3.2浸水时间对CBR值的影响

由于浸水时间对CBR值会产生一定的影响，为了研究浸水时间和CBR值的关系，设计如下试验，将不同压实度的试样不浸水和浸水1 d，2 d，3 d，4 d，分别测它们的CBR值，如图4。由图4可以看出：

(1)随着浸水时间的增加，原状黄土的CBR值逐渐减小，其中浸水前两天CBR值的降幅最大，随后降幅减小，浸水4d后，其CBR值达到最小。这是因为浸水阶段，过多的水分破坏了土中的微观结构，土颗粒之间的连接被破坏，使得土体本身的强度降低[7]。

(2)掺加10%生石灰的黄土在浸水1d后其CBR值减小，但随着浸水时间的增加其CBR值不断增大，浸水4 d时其CBR最大。这是因为第1天黄土里面的石灰还未充分起作用，随着时间增加生石灰逐渐发生结晶作用、固化作用以及碳酸化作用，使得加入生石灰的黄土变得结团性较高，其强度逐渐升高[8]。对含10%生石灰的黄土来说，最佳浸水时间为3 d左右。

图4　试件浸水时间与CBR的关系(k=93%)

4　结论

(1)含10%生石灰黄土的抗剪强度明显高于原状黄土。

(2)在不浸水情况下，含10%生石灰黄土的CBR值比原状黄土小得多；在浸水情况下，含10%生石灰黄土的CBR值比原状黄土大。含10%生石灰黄土的最佳浸水时间为3 d左右，对实际工程而言，过度的泡水同样会造成一定的强度损失，所以一定要控制好工程的排水措施。

(3)随着击实次数的增加，土样的CBR值也随之增加，但当压实程度达到一定值时，再继续增加击实次数，CBR值反而减小，得到含10%生石灰黄土的最佳击实次数约为80次。对实际工程而言，过度的压实可能会导致强度的损失。

[1]中华人民共和国交通运输部.公路土工试验规程:JTG E40—2007[S].北京：人民交通出版社，2007.

[2]袁聚云,钱建国,张宏鸣,等.土质学与土力学[M].北京:人民交通出版社,2008.

[3]张玉秀,郭鑫,孔江伟.黄土路基掺入生石灰的CBR试验分析[J].科学技术与工程,2009,9(20):6243-6246.

[4]刘祖典.黄土力学与工程[M].西安:陕西科学技术出版,1997.

[5]李建.黄土填料CBR值的影响因素及其规律研究[D].西安:长安大学,2014.

[6]高国瑞.中国黄土的微结构[J].科学通报,1980,25(20):945-948.

[7]唐娴.黄土填料的CBR值影响分析[J].华中科技大学学报(城市科学版),2009,26(3):38-40.

[8]崔兰.公路黄土路基强度试验研究[J].公路交通科技(应用技术版),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

刘路路(1990—)，男，山东泰安人，硕士研究生。

1674-7046(2016)04-0049-04

10.14140/j.cnki.hncjxb.2016.04.010

TU411

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