城市道路石灰土路基灰剂量研究
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摘要：石灰土路基的强度和承载能力随着石灰固化剂的掺加剂量变化而变化，本文在满足路基设计强度要求的前提下，通过理论分析确定了石灰加固土路基中固化剂的合理掺加量，为工程实际提供理论参考。
关键词：路基石灰土回弹模量剂量
中图分类号： U213.1 文献标识码： A
一、引言
城市道路路基及底基层一般采用石灰土处理形式，通过石灰固化剂的掺加，提高路基的强度和稳定性，使其更好地承受由路面传递的动载及路基自身填土压力。石灰作为加固土的外加剂，因其高效、方便、价格低廉而应用广泛，但实际施工中，石灰掺加量往往是根据现场工程经验粗略确定，无明确的理论依据。本文旨在通过力学计算，从理论上探寻在一定的路基强度和稳定性要求下的石灰掺加量，为工程设计与施工提供参考。
二、加固层设计理论依据
根据公路沥青路面设计规范，道路结构层的设计采用双圆均布荷载作用下的双层弹性体系理论，其简便模型如下图1所示。在路基加固中，石灰土处治的目的是为了使路基顶部达到预定的设计回弹模量，本文认为，处治后顶面当量回弹模量与处治前路基土的回弹模量、处治层的厚度、以及处治层自身模量这三者有关，可用公式表示如下：
（1）
（2）
（3）
式中：
——处治后路基土顶面当量回弹模量，也即需要达到的设计回弹模量；
——路基未经处治时的回弹模量；
——石灰土处治层抗压回弹模量；
——石灰土处治层厚度。
对于某一确定的路段，处治前路基土的模量值是可以通过弯沉测定、承载板法或者查相应的规范来确定的，因此，在剩下的三个参数，，中，知道了其中两个便可求得另外一个。对于新建城市道路，路基顶面需要达到的模量即为设计回弹模量，如不满足设计值的要求，就需对填土进行处治以增加其强度和刚度。
图1 双圆垂直均布荷载作用下的双层弹性体系
在路基处治过程中，主要涉及两个因素：石灰掺加量和加固层厚度。前面已经提及，石灰加固土的强度是随着石灰剂量的变化而变化的。较低剂量时，石灰主要起稳定作用，随着石灰剂量的增加，石灰土的强度与稳定性均提高，当石灰剂量超过某一定量后，继续增加石灰剂量又会导致石灰土强度的降低[1]。可以认为，石灰土的强度是石灰剂量的函数，即：
E1 = f (x)（4）
x = f -1(E1) （5）
另外，石灰加固土层厚度也是影响加固后路基质量的一个关键因素，厚度越大，则必定加固效果越好。对于确定路段的路基土，是一定的，而路基顶面的设计回弹模量值是在设计中确定的，因此，只要知道加固层模量（最终将与石灰掺量建立关系）或厚度中的一个，从理论上另一个便唯一确定了。
以下主要建立当处治层厚度一定时，加固土中石灰剂量的确定方法和步骤：
(1) 根据设计文件的要求，确定路基顶面所需达到的设计回弹模量。
(2) 确定路基实际回弹模量
路基实际回弹模量可根据双圆垂直均布荷载作用下的弹性半无限体理论[2]，按下式确定：
（6）
式中：
——处治前土层的回弹模量（MPa）；
——土的泊松比，取0.35；
——均匀体弯沉系数，取0.712；
由上述公式可知，若已知弯沉，即可求得回弹模量。如果＜，则需进行处治，若两者较一致，则可不进行处治。
图2 石灰掺量设计框图
(3) 取定处治层厚度，利用双层体系理论计算处治土所需达到的抗压回弹模量。
将石灰土处治层和其下的路基看作双圆垂直均布荷载作用下的弹性双层体系（图1），根据确定的处治层厚度、路基土模量及所要求达到的顶面当量回弹模量，利用公式（2）计算处治层需要达到的模量值。
(4) 针对特定的路基土及选用的石灰材料，进行试验和回归分析，建立石灰剂量与处治土回弹模量之间的对应关系或回归关系：E1=f (x) (其中为灰剂量)，根据所需的值来推算相应的剂量。具体设计流程如下图2所示：
四、结语
本文通过分析，从理论上阐述了在城市道路路基加固过程中石灰外加剂掺加量的确定方法。在实际施工中，外加剂并非只有石灰一种，但诸如水泥等其它外加剂，其剂量的确定方法与石灰外加剂都是一致的。本文的研究成果可以为设计及施工实践中确定加固土外加剂掺加量提供很好的理论支持。