黃土填料CBR值影響因素分析

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第一節(jié)土顆粒的結(jié)構(gòu)特征和物理化學(xué)性質(zhì)對CBR值的影響

一、理論分析

根據(jù)黃土分布地區(qū)土樣CBR試驗結(jié)果可以看出，其CBR值往往集中在5%?7%左右甚至更低，基本無法達(dá)到規(guī)范的要求，因此，需要對黃土的結(jié)構(gòu)特征和物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析以透露CBR試驗的影響因素。

1、結(jié)構(gòu)特征對CBR值的影響

土的結(jié)構(gòu)特征是指土的顆粒組成、土粒形狀及其相互排列、土粒表面特性、土粒間膠結(jié)狀況和空隙特征等，土的結(jié)構(gòu)特征與其CBR值密切相關(guān)。

對于黃土來說，其結(jié)構(gòu)特征主要與骨架顆粒形態(tài)、骨架顆粒的連接形式、骨架顆粒排列方式和孔隙以及膠結(jié)物的種類、聚集形式和膠結(jié)類型有關(guān)。

根據(jù)黃土的微結(jié)構(gòu)特征，可將其分為粒狀結(jié)構(gòu)、集合體結(jié)構(gòu)(凝塊結(jié)構(gòu))和粒狀－集合體結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)體系。粒狀結(jié)構(gòu)的黃土主要形成于氣候干旱地區(qū)，由于降雨量較小，土體中的碳酸鈣保存較好，顆粒剛性較大。而對于氣候潮濕地區(qū)，由于降雨量較大，隨著土顆粒中的碳酸鈣被淋失，黃土的不斷淋溶和粘土化，土體軟化合并而形成了集合體。對于粒狀結(jié)構(gòu)的黃土，其抗水性和內(nèi)聚力均比集合體結(jié)構(gòu)的黃土低，透水性卻較高，因此，CBR試驗中的水浸泡過程粒狀結(jié)構(gòu)黃土的影響更為明顯。由此可見，黃土的微結(jié)構(gòu)特征對黃土填料的CBR值具有一定的影響。

2、易溶鹽對CBR值的影響

黃土中所含有的可溶性鹽類等成分的多少對其CBR值也有顯著影響。在水浸泡試驗以前，易溶鹽處于微晶體狀態(tài)，附著在顆粒表面，起著一定的膠結(jié)作用，這種交接作用是黃土內(nèi)聚力的一部分。水浸泡試驗以后，由于易溶鹽的溶解，這部分強(qiáng)度也隨之消失了，因此，這也是造成黃土填料的CBR值較低的因素之一。

3、石膏和碳酸鈣對CBR值的影響

石膏屬中溶鹽，呈次生結(jié)晶分布于黃土顆?？紫吨?，受水浸泡時易被溶解，使土體強(qiáng)度降低。而碳酸鈣在黃土顆粒中既起骨架作用，又起膠結(jié)作用，隨著其

含量的增大，這種膠結(jié)作用也隨之加強(qiáng)，從而提高了土體的內(nèi)聚力。因此，石膏和碳酸鈣對黃土顆粒的CBR值也存在著不同程度的影響。二、試驗研究

通過對陜西禹閻高速馬路、陜西延塞高速馬路和寧夏什涇高速馬路三處采集的黃土土樣（編號分別為A、B、C，下同）進(jìn)行的室內(nèi)化學(xué)成分試驗分析，對微結(jié)構(gòu)特征、易溶鹽和石膏以及碳酸鈣含量等黃土填料CBR值的影響因素進(jìn)行進(jìn)一步的分析研究。三種土樣的化學(xué)分析結(jié)果如表3-1、3-2所示：

土樣化學(xué)成分分析表表3-1

編號A項目SiO2Te2O3CaOMgO（%）Al2O3K2ONa2OR2O311.652.311.6517.5210.542.191.2215.7712.072.311.6118.2861.485.105.162.0159.644.587.291.8356.205.467.672.54BC

土樣離子含量分析表表3-2

項目編號ABCCO32-Cl-SO42-Ca2+Mg2?K+Na+易溶鹽中溶鹽（%）0.00000.00140.00760.00560.00160.00040.00230.00180.00140.00580.01630.00170.00050.00190.00310.00500.00740.00980.00770.00090.00210.0540.0620.0920.0250.0760.076取A、B、C三種土樣，分別在最正確含水量下按標(biāo)準(zhǔn)CBR試驗方法進(jìn)行試驗，其結(jié)果如表3-3所示。

三種土樣的CBR值表3-3項目土樣ABC浸水土樣CBR值(%)不浸水每層30擊每層50擊每層98擊每層30擊每層50擊每層98擊2.71.71.63.93.73.26.36.16.112.713.213.620.721.522.530.531.231.9由以上試驗結(jié)果不難看出，在不浸水之前，土樣A、B、C的CBR值表現(xiàn)為C>B>A，這主要是由于由西北向東南，由于氣候和降雨等條件的影響，黃土顆粒中的CaCO3逐漸被淋失，土顆粒剛性逐漸減小，由粒狀結(jié)構(gòu)過度到集合體狀結(jié)構(gòu)，因此，其浸水前的CBR值逐漸減小。然而，由于粒狀結(jié)構(gòu)黃土存在著孔隙率大，抗水性和內(nèi)聚力均比集合體狀黃土差，因此，受水浸泡試驗的影響更為明顯，在浸水后，其CBR值總體上浮現(xiàn)為A>B>C的變化趨勢。

從A、B、C三種土體的化學(xué)成分分析結(jié)果來看，由于B、C的易溶鹽和中溶鹽含量明顯大于A，因此，在水浸泡試驗后，由于易溶鹽和中溶鹽的溶解，結(jié)晶強(qiáng)度也隨之消失，使得CBR值迅速下降。

其次節(jié)落實度對CBR值的影響

在現(xiàn)行路基設(shè)計和施工規(guī)范以及瀝青路面設(shè)計規(guī)范中，對路基填料落實度和CBR值均作出了明確規(guī)定。然而，在黃土地區(qū)的馬路設(shè)計和施工過程中，我們發(fā)現(xiàn)假使使用黃土作為路基填料特別是用于上路床時，其CBR值往往無法達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范的要求。因此，有必要對黃土填料的CBR值和落實度的關(guān)系進(jìn)行深入分析,對通過落實度標(biāo)準(zhǔn)來提高填料CBR值的可能性進(jìn)行探討。與此同時，對落實度標(biāo)準(zhǔn)和CBR值標(biāo)準(zhǔn)的匹配性進(jìn)行分析。

試驗過程中，在第一節(jié)試驗中采用的A、B、C三種土樣的基礎(chǔ)上，增加了甘肅蘭海高速馬路蘭州段和陜西黃延高速馬路黃陵段兩處采集的土樣，分別編號為

D、E（下同），五種土樣的物理指標(biāo)如表3-4所示。

土樣的物理性質(zhì)表3-4

測試值項目土粒比重Gs液限WL塑限WP塑性指數(shù)IP砂粒%>0.05mm顆粒組成粉粒%0.05?0.005mm粘粒%實度上升到95%時，CBR值上升至3.5%?4.5%左右，當(dāng)落實度增大到99%時，CBR值增至最大值約6%?7%左右。五種土樣在不同落實度下的CBR值表3-6土樣A落實度K(%)90959799CBR(%)1.713.564.326.28土樣B落實度K(%)91949698CBR(%)1.553.514.216.04土樣C落實度K(%)92959799CBR(%)2.703.244.136.21土樣D落實度K(%)91959799CBR(%)1.583.244.286.25土樣E落實度K(%)90949799CBR(%)1.663.794.326.58

圖3-6土樣CBR值和落實度關(guān)系曲線

對照表3-7可以看出，對一般馬路而言，按重型擊實標(biāo)準(zhǔn)，若將其落實度標(biāo)準(zhǔn)由93%提高到98%，則黃土填料基本上能滿足上路床CBR值≧6%的要求，而下路床在96%的常規(guī)落實度標(biāo)準(zhǔn)下，其CBR值也能滿足≧4%的要求。然而，對于高速、一級馬路而言，即使落實度達(dá)到98%，黃土填料的CBR值仍無法達(dá)到上路床CBR值≧8%的要求，若將下路床的落實度標(biāo)準(zhǔn)提高至96%或97%，則基本能滿足CBR值≧5的要求。

由此可見，黃土填料用于一般馬路的路基填料基本能滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范中對CBR值的要求。然而若用于高速、一級馬路特別是用于上路床時，無論落實度如何提高，均很難達(dá)到規(guī)范的要求。因此，對于黃土填料而言，規(guī)范規(guī)定的落實度

與CBR值之間是否匹配還有待進(jìn)一步深入研究。

路基落實度和CBR值要求