赵 文 美

(黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江 哈尔滨 150080)

掺灰土经冻融循环作用后的强度变化研究

赵 文 美

(黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江 哈尔滨 150080)

为了解季冻区的掺灰土在经过冻融循环作用后的强度变化规律，选取试验路段具有代表性的土样，在室内将原路基土与掺灰土经不同冻融循环次数下的CBR试验结果进行对比分析，试验结果表明：掺灰可以明显提高季冻区路基土经冻融循环作用后的CBR值。

路基，掺灰土，冻融循环作用，CBR值

0 引言

在我国季节性冻土地区，路基土的冻害现象一直是公路建设者不容忽视的一个难题[1]。季节性冻土地区冬季负温持续时间较长且气温偏低，路基土中水分在外界大气负温的作用下逐渐冻结，从路表开始向下的冻结深度一般为2.5 m～3.5 m，春季随着外界大气温度的升高冻结的路基土又逐渐融化，经过冻融循环作用后路基土强度的降低对道路使用的整体稳定性会产生严重影响[2]。

如果将塑性指数较大的土体直接用作路基的填筑材料来使用，将对路基的整体承载力产生极大的影响，路基的刚度、强度、稳定性均难达到设计要求，因此将含水率较高的路基土进行掺灰处理是非常必要的，将路基土改良后不但可以提高路基的稳定性，同时还可以避免道路早期病害的产生。

在建项目密兴公路即密山至兴凯湖段，地处季节性冻土区域，沿线大部分区域分布着浅层地下水，公路路基土主要为淤泥质粘土，呈黑色，其基本物理性质为：天然含水量ω=24%～36%；湿密度γ0=1.912 g/cm3～2.161 g/cm3；干密度γd=1.781 g/cm3～1.857 g/cm3；天然孔隙比e=0.85～0.94；液限含水量ωL=42.6%～47.1%；塑限含水量ωP=21.8%～27.3%；塑性指数IP=20.3～25.1。由于当地可换填的土源较为紧张，就需要对原路基土进行处理，因此就以密兴公路为依托，选择沿线具有代表性的路基土土样，根据设计文件要求对路基土进行6%掺灰处理，分析冻融循环作用对掺灰土CBR强度值的影响，通过本试验得出的研究成果对冻土地区进行掺灰处理的土质路基的设计、施工具有一定参考作用。

1 掺灰土的改性机理

将一定剂量的石灰掺入到天然路基土中可以较为有效地改善含水率偏高路基土的工程性质。掺入的石灰主要成分为含有钙、镁离子的化合物，从其所含的矿物来看，掺入石灰后随着所含蒙脱石、伊利石的增加使原路基土中具有吸附功能阳离子的离子价不断提高，大大降低了路基土中的含水率。同时，掺入的石灰还能与路基土中所含的粘性颗粒发生化学反应，将路基土土体表面砂化，进一步降低了路基土体中的粘性颗粒含量。同时，通过掺入石灰的改良也可以使路基土体中呈现面与面叠聚体片状密集排列的粘胶基质结构变成疏松排列的粘粉基质结构，从而进一步提高了高含水率路基土土体的压实性[3]。当采用生石灰对路基土进行处理时，两者间发生的反应可分为两个步骤：第一步是生石灰中氧化钙与水发生化学反应产生氢氧化钙，此反应可吸收路基土中的水分，降低路基土含水率，同时，随着氢氧化钙结晶的不断析出天然路基土的工程性质得到改善，使天然路基土土体的可压实性进一步提高。第二步是析出的氢氧化钙具有不稳定性，在非密闭条件下能与空气中的二氧化碳发生硬化反应，形成具有一定强度的碳酸钙或者碳酸氢钙，在路基土的表面形成一层致密层，这层致密层也阻断了路基与路面中的水分迁移，增强了道路的水稳定性[4,5]。

2 冻融循环试验

本试验模拟了掺灰路基土经过不同次数的冻融循环作用后，经水浸泡后的最不利条件，利用CBR强度来对比分析不同路基土的强度衰减情况。本试验制备了未经处理的原路基土和掺灰剂量为6%的路基土两种试件，每种路基土在不同冻融循环条件下总共需要备制15个试验试件，每3个试件为一组，每组试件在进行CBR试验前都要经过浸水4 d的处理，第1组～第5组试件分别要经过0次、1次、2次、3次和4次的冻融循环作用。试验的温度是根据在路基现场实测的温度数据设置的，最低温度为-10 ℃、最高温度为15 ℃，24 h冻融循环一次。每组试件待完成相应的冻融次数经浸水处理后马上进行CBR试验。

进行CBR试验前，要使贯入杆与升降台上试件的表面完全接触，调整好后还要将4块半圆形荷载板对称放在试件顶面，再根据试验规程用贯入杆施加45 N的荷载完成预压，操作完成后调整用于测力及测变形的百分表指针读数将其调至整数。正式试验时保持贯入杆以1 mm/min～1.25 mm/min的速度压入试件，并记录不同贯入深度的百分表读数。试验完成后进行数据处理时如果每组试验3个试件的变异系数小于12%取3个试件的平均值作为最终CBR试验结果，如果每组试验3个试件的变异系数大于12%就需要去掉一个与平均值相差最大的试验数值，取剩下的2个数值的平均值作为最终CBR试验结果[6]。

3 试验结果分析

原路基土与6%掺灰土路基在经过不同次数冻融循环作用后CBR强度值的对比试验结果见图1。

从图1可以看出，在冻融循环作用次数相同的条件下，原路基土的CBR值与掺灰土的CBR值相比较低，且不符合上路床填筑要求，而6%掺灰土的CBR值能满足规范要求，试验结果也说明了石灰的掺入改变了原路基土的力学性能，从而提高了路基土的承载能力。这是因为石灰中所含的Ca2+，Mg2+可与土壤中所含有的三氧化二铁、三氧化二铝或二氧化硅等物质相结合，即可生成胶结体的铁酸钙、铝酸钙以及硅酸钙等，将土体胶结起来使灰土有较高的强度。随着灰土的逐渐硬化，土体颗粒间的附着强度也得到进一步的增强。

从图1中的路基土CBR值的曲线变化可以看出，6%掺灰土试件与原路基土试件在经过不同次数的冻融循环作用后CBR强度均呈现出降低的趋势，其原因是由于自由水及结合水的存在，在负温条件下土颗粒表面的结合水膜冻结后发生了膨胀，使土颗粒间的距离变大了，完成冻融后试件又被浸泡在水中，土颗粒间的距离被水填充，土颗粒间的作用力进一步降低。原路基土与掺灰土在经过第1次冻融循环的作用后土体CBR值的降低幅度都是最大的，再经过第2次～第4次冻融循环作用后土体CBR值的变化曲线虽然仍呈现降低趋势但其衰减的幅度已经非常小了，其原因是路基土体在经过第1个冻融循环作用后土颗粒之间由于水分冻胀所产生的间距是最大的，融化后试件在浸水过程中土颗粒之间的空隙被水填充，因此其CBR值的衰减程度是最大的。通过试验数据的对比分析可以看出经掺灰处理后路基土抗冻融循环作用的能力要明显优于原路基土。

4 结语

1)将原路基土进行掺灰改良后可改变塑性指数较大土体的力学性质，增大土体的CBR值。原路基土与6%掺灰土经不同次数的冻融循环作用后其CBR值均呈现不同程度的衰减，但经过一定次数的冻融循环后CBR值趋于一个稳定值。2)在冻融循环次数相同的条件下，6%掺灰土试件的CBR值要明显高于原路基土的CBR值，为了保证路基具有足够的强度和稳定性，要对高含水率的天然路基土进行掺灰改良。

[1] 王威娜，支喜兰，毛雪松.冻融循环作用下路基土回弹模量试验研究[J].冰山冻土,2010,12(5):28-32.

[2] 穆彦虎.冻融作用对压实黄土结构影响的微观定量研究[J].岩土工程学报，2011,7(12):57- 62.

[3] 宇德忠，程培峰.季冻区粉砂土冻融循环后的强度研究[J].低温建筑技术,2011,3(153):101-103.

[4] 武建民，顾伟杰，陈忠达.黄土路基CBR值试验方法研究[J].公路工程与运输，2004，5(10):74-79.

[5] 王天亮，刘建坤.冻融作用下水泥及石灰改良土静力特性研究[J].岩土力学,2011，8(1):33-38.

[6] 李英杰，韩佳兴.公路粘土(掺灰土)路基施工工艺控制初探[J].黑龙江科技信息,2009,6(14):77- 80.

The research on the intensity change of mixing dust soil after freezing and thawing cycle effect

Zhao Wenmei

(HeilongjiangProvinceHighwaySurveyandDesignInstitute,Harbin150080,China)

To understand mixed dust in high latitude area after freeze-thaw cycle effect the strength of the change law of selecting representative soil samples test section, the inside will contains the original roadbed soil and lime soil under different freezing and thawing cycles under the CBR, comparing the test results show that mixed ash can obviously increase the subgrade CBR value of the soil after freezing and thawing cycle effect.

subgrade, mixed dust, freeze-thaw cycle effect, CBR value

1009-6825(2015)07-0131-02

2014-12-22

赵文美(1964- )，女，高级工程师

U416.1

A