高速公路红黏土路基施工技术

韩 伟

1 红黏土的成因及工程特性

红黏土在世界范围内广泛分布,主要集中在北纬30°与南纬30°之间的热带与亚热带,系指碳酸盐类岩石,经红土化作用后形成的红色的残、坡积类型的黏性土[1]。红黏土是母岩经物理、化学风化后的产物,其工程性质与当地气候植物带、土的成因、母岩、红黏土化程度及地貌等因素有密切关系。

红黏土的工程特性比较特殊,主要表现出高含水量、高塑性、高孔隙比、低密度、压实性差等特点,但同时又具有高强度、中低压缩性等良好力学特性。随着红黏土地区工程项目的日益增多,工程灾害时有发生[2]。

红黏土的天然含水量一般随其离地表深度增大而增大,含水量的变化引起红黏土的胀缩变形,裂隙的存在破坏了土体的整体性,同时方便了水分的浸入与原有水分的蒸发,开挖暴露的红黏土因应力释放使裂隙进一步扩展,这些都会降低其强度。在地表附近层,红黏土的天然含水量常接近重型标准的最佳含水量,作为筑路材料其CBR和压实度均能达到规范要求。红黏土路基存在的主要问题是施工过程中表面产生严重的收缩开裂。裂块大小不等,裂缝形态不规则,最宽时可达5 cm～6 cm,深可达26 cm。裂缝的存在,加上自然因素和水的作用必然会影响路堤的长期强度和稳定性。目前,国内外相关研究开展的还不够充分。

2 红黏土填料的路用性能

《公路路基设计规范》中明确要求:天然稠度小于 1.1、液限大于40、塑性指数大于 18的黏性土用作高速公路上路床填料时,应采用各种措施使之达到重型压实标准的压实度。

上路床(0 cm～30 cm)CBR值大于8,下路床(30 cm～80 cm)CBR值大于5,上路堤(80 cm～150 cm)CBR值大于 4,下路堤(150 cm以下)CBR值大于3,零填及路堑路床(0 cm～30 cm)CBR值大于8。

红黏土的主要特点是天然含水量大、液限高、可压实性差、压实后土体压缩性仍较高等,故而采用红黏土填筑的路基变形较大,变形稳定时间长,最大的隐患在于路基的变形和裂缝。

对于如红黏土这种高液限土能否用作路基填料,科技工作者中存在一定的争议。然而,当公路施工当地性质良好土土源紧张情况下,不采用红黏土用作路基填料,一方面会大幅度增加公路造价;同时,妥善弃土问题也会给当地环境保护带来极大的压力。因而,一些针对性的研究工作已经开展[3,4]。

3 红黏土填料试验研究及工程处理措施

对于红黏土等高液限土用作路基填料,工程实践中首先应对其物理力学指标进行试验研究,然后确定合理的工程处理措施及方案,保障公路建设质量。常用的试验包括:1)粒度成分、液限、塑性指数及常用如含水量、密度等物理力学指标试验。2)击实特性试验。了解填料击实性质,指导路基压实施工。3)矿物成分及化学成分试验。红黏土母岩成分对其物理力学性质有较大影响,其化学特性是造成红黏土具有高液限、高塑性指数和难失水特性的重要原因。4)击实试样的收缩试验。红黏土的收缩特性对其工程性质有很大影响,必须在工程中予以重视。

红黏土用作路基填料的工程处理措施包括:1)掺灰,掺入一定量的水泥对红黏土进行改良。红黏土填料运至填方地段后,用推土机粗平,根据用量人工撒布水泥灰,路拌机拌和后,用平地机精平,最后进入碾压工序。2)掺石灰改良。方法与掺入水泥灰类似。3)固化剂改良。以NCS-4型固化剂为例说明。固化材料与土粒混合后发生一系列物理化学变化,其主要矿物水化反应时可形成含结晶水的钙矾石,从而将土孔隙中的结合水与自由水以结晶水的形式固定下来,使得土体的含水量迅速降低。同时钙矾石晶体的形式加强了粘粒之间的连接,可提高土体的塑性,改善土体稠度,增加其可压实性。

以掺灰方法为例,施工工序包括:1)取土并运至填方路段,以10 m为一个断面,以路基两侧挂线控制松铺厚度,根据路基宽度及考虑碾压效果;2)掺灰,推土机摊铺,粗平后人工撒布水泥(或石灰),路拌机拌和;3)用推土机摊铺粗平,平地机精平并配合人工调平;4)平每层土时,每20 m埋设中桩并在桩上用红漆标记以控制松铺厚度不超过30 cm;5)严格现场填料的含水量,这对保证路基施工质量十分重要;6)当含水量在最佳含水量±2%以内时,开始碾压。施工时由轻到重,由慢到快,由边到中进行。先静压1遍,再弱振1遍,强振6遍,然后静压1遍。

路基施工流程见图1。

4 结语

本文讨论了红黏土的成因、分布及其工程特性、红黏土的路用性能指标及工程中常见问题;分析了采用红黏土作为路基填料的试验方法及工程处理措施,得到的结论可为相关工程提供借鉴。

[1] 姜洪涛.红黏土的成因及其对工程性质的影响[J].水文工程地质,2000(3):33-37.

[2] 赵颖文,孔令伟.广西红黏土击实样强度特性与胀缩性能[J].岩土力学,2004,25(3):369-373.

[3] 曾 静,邓志斌.竹城公路高液限土与红黏土路用性能试验研究[J].岩土力学,2006,27(1):89-92.

[4] 刘龙武,杨和平.红黏土填料的路用性能研究[J].公路,2002(6):620-623.