石灰改性黄土在山区公路路基工程中的应用

王国爱（甘肃省定西市农村公路建设养护管理处，甘肃 定西 743000）

石灰改性黄土在山区公路路基工程中的应用

王国爱（甘肃省定西市农村公路建设养护管理处，甘肃 定西 743000）

黄土地区山区公路路基沉降是最为常见病害之一，并影响路面及构造物耐久性和稳定性，通过石灰改性黄土对路基进行换填，不但材料轻质降低路基自重，而且减轻运营期间的养护维修工作，是山区公路建设的一项重要工程措施。本文就石灰土改性黄土强度的形成机理及增加强度特性的方法进行分析说明。

石灰改性黄土；路基工程；应用

1 工程概况

甘肃省定西市通渭至榜罗革命遗址公路建设工程是全国100条红色旅游公路重点公路建设项目之一，全线按二级公路技术标准修建，公路荷载Ⅰ级，全长60.6公里，项目位于黄土高原陇西地区的中部，地表绝大部分被黄土覆盖，总体上属黄土梁地貌中的陡梁深沟谷地貌。由于黄土是一种多孔隙、大孔性、弱胶结的沉积物，富含碳酸盐，用其修筑的路基会出现多种病害。为避免路床承载力不足，路基不均匀沉降，受水浸湿后会产生较大的沉陷以及路堤边坡溜方等，该项目在低填浅挖填路段、新旧路基结合路段上路床采用3%的石灰改性黄土回填并压实；在填方及挖方路基填料CBR不满足要求路段，对路床超挖80cm，下路床回填压实，上路床换填3%石灰土；在黄土陷穴处理顶部30cm采用二八灰土夯实回填。本文结合该项目石灰改性黄土的应用谈几点看法。

2 石灰改性黄土强度的形成机理

2.1 强度的形成过程

石灰是用石灰石、白云石、白垩、贝壳等碳酸钙含量高的原料，经900～1100℃煅烧而成，属气硬型胶凝材料。生石灰呈白色或灰色块状，生石灰粉是由块状生石灰磨细而得到的细粉，其主要成分是CaO，黄土中掺入石灰后，在一定条件下将发生复杂的物理—化学反应，从而使黄土的强度特性改变。初期阶段石灰开始消化与硬化，石灰改性黄土结团、塑性指数降低、最佳含水量的增大和最大干密实度的减小等，改性黄土后期在填筑过程，由于火山灰反应、离子交换反应、碳酸化反应，改性黄土颗粒相互靠拢，相互嵌锁，从而出现板结，强度、稳定性及刚度等提升。硬化后的灰土属脆性材料。实验证明，石灰改性黄土硬化的化学微观机理可以通过离子化反应、离子交换-水胶连接作用、固结反应和碳酸化和结晶作用等，生成硅酸钙化合物和铝酸钙化合物及钙铝黄长石水化物等，使得土的强度显著提高，而且随时间延续而增大，具有长期稳定性，这就是石灰改性黄土强度形成的机理。

2.2 强度与石灰掺量的关系

黄土的强度受两种粘聚力制约，一种为水膜的物理化学作用、粘土矿物颗粒的粘结和颗粒间分子引力所形成的原始粘聚力;另一种为碳酸盐、石膏及其它包围在颗粒外部的盐类薄膜胶结而成的加固粘聚力，在天然状态下，主要是加固粘聚力起主要作用。石灰的剂量对石灰土强度影响显著，石灰的含量较低时，石灰主要起稳定作用，使土的塑性降低，初步具有水稳性，密实度和强度得到稳定。随着剂量的增加，强度和稳定性均提高。但石灰的含量超过一定数量后，过多的石灰将沉积在土中孔隙而不参加反应，会导致孔隙比增加、石灰土强度降低。因此，对于石灰改性土，存在最佳石灰剂量。应根据工程需要和环境因素，通过对石灰改性黄土进行三轴剪切试验、击实试验、抗冻融循环试验确定公路路基填料要求的最佳石灰剂量。

3 增强石灰改性黄土强度的方法

3.1 提高石灰的细度和等级

石灰应采用Ⅲ以上磨细生石灰，即CaO与MgO的含量越高，石灰的细度越大，石灰和土的接触面积越大，在同样灰剂量下与土粒作用越充分，因而效果越好。生石灰在灰土中消解可放出大量的热能，加速灰土的硬化，而且刚消解的石灰呈胶状氢氧化钙，其活性和溶解度均较高，能保证石灰与土中胶粒更好的作用。

3.2 选择最佳的石灰剂量

石灰剂量对石灰强度影响显著，石灰剂量较低时，石灰主要起稳定作用，使土的塑性、膨胀减小，使土的密度、强度得到改善。随着剂量的增加，石灰改性黄土的强度和稳定性均提高。但当剂量超过一定范围时，过多的石灰将沉积在土中孔隙而不参加反应，会导致孔隙比增加、强度反而降低，生产实践中常用最佳剂量为8%—14%，剂量的确定应根据结构层技术要求进行混合料组成设计。

3.3 保持一定的含水量

石灰土是一种水硬性材料，水是石灰土的重要组成部分，它促进石灰改性黄土物理—化学变化，通过标准击实试验确定最佳含水量，并用以控制实际施工中保证含水率。

3.4 提高石灰土的密实度

实践证明，石灰土的密实度每增减1%，强度约增减4%左右，而且密实的石灰抗冻融循环、水稳性较好，干缩现象也很少出现。要提高石灰土的密实度就必须进行碾压，碾压应在最佳含水量时进行。

3.5 一定的龄期和养护条件

石灰改性黄土的强度存在明显的龄期效应，在碳酸化和结晶作用过程中，早期强度较小，石灰改性黄土的强度随养护龄期的增长而增大，其早期强度没有明显的优势，所以在实际工程中，养护龄期不得低于7d。因此在实际工程中要注意养护龄期和养护条件。

4 结 语

路基作为主要的承重结构，承受着本身的土体自重和路面重力，以及由路面传递而来的行车荷载，是整个公路构造的重要组成部分，而路基填料性质好坏直接关系到路基填筑质量。为增强路基稳定性和承载力，将一定量石灰掺入黄土，经拌和用于填筑路堤，并做好石灰改性黄土的养护，相对节省投资，还能提高公路建设质量，减少路基工程质量通病。但在工程应用中，一般采用的是石灰改性黄土的早期强度，把其后期强度作为一种长期的强度储备来考虑。如何充分利用石灰土的后期强度是我们有待解决的问题。

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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

文献标识码：B

1003-8965（2017）01-0075-01