高速公路紅黏土路基施工技術(shù)

韓 偉

1 紅黏土的成因及工程特性

紅黏土在世界范圍內(nèi)廣泛分布,主要集中在北緯30°與南緯30°之間的熱帶與亞熱帶,系指碳酸鹽類巖石,經(jīng)紅土化作用后形成的紅色的殘、坡積類型的黏性土[1]。紅黏土是母巖經(jīng)物理、化學(xué)風(fēng)化后的產(chǎn)物,其工程性質(zhì)與當(dāng)?shù)貧夂蛑参飵?、土的成因、母巖、紅黏土化程度及地貌等因素有密切關(guān)系。

紅黏土的工程特性比較特殊,主要表現(xiàn)出高含水量、高塑性、高孔隙比、低密度、壓實(shí)性差等特點(diǎn),但同時(shí)又具有高強(qiáng)度、中低壓縮性等良好力學(xué)特性。隨著紅黏土地區(qū)工程項(xiàng)目的日益增多,工程災(zāi)害時(shí)有發(fā)生[2]。

紅黏土的天然含水量一般隨其離地表深度增大而增大,含水量的變化引起紅黏土的脹縮變形,裂隙的存在破壞了土體的整體性,同時(shí)方便了水分的浸入與原有水分的蒸發(fā),開(kāi)挖暴露的紅黏土因應(yīng)力釋放使裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展,這些都會(huì)降低其強(qiáng)度。在地表附近層,紅黏土的天然含水量常接近重型標(biāo)準(zhǔn)的最佳含水量,作為筑路材料其CBR和壓實(shí)度均能達(dá)到規(guī)范要求。紅黏土路基存在的主要問(wèn)題是施工過(guò)程中表面產(chǎn)生嚴(yán)重的收縮開(kāi)裂。裂塊大小不等,裂縫形態(tài)不規(guī)則,最寬時(shí)可達(dá)5 cm～6 cm,深可達(dá)26 cm。裂縫的存在,加上自然因素和水的作用必然會(huì)影響路堤的長(zhǎng)期強(qiáng)度和穩(wěn)定性。目前,國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究開(kāi)展的還不夠充分。

2 紅黏土填料的路用性能

《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確要求:天然稠度小于 1.1、液限大于40、塑性指數(shù)大于 18的黏性土用作高速公路上路床填料時(shí),應(yīng)采用各種措施使之達(dá)到重型壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的壓實(shí)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3,零填及路塹路床(0 cm～30 cm)CBR值大于8。

紅黏土的主要特點(diǎn)是天然含水量大、液限高、可壓實(shí)性差、壓實(shí)后土體壓縮性仍較高等,故而采用紅黏土填筑的路基變形較大,變形穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng),最大的隱患在于路基的變形和裂縫。

對(duì)于如紅黏土這種高液限土能否用作路基填料,科技工作者中存在一定的爭(zhēng)議。然而,當(dāng)公路施工當(dāng)?shù)匦再|(zhì)良好土土源緊張情況下,不采用紅黏土用作路基填料,一方面會(huì)大幅度增加公路造價(jià);同時(shí),妥善棄土問(wèn)題也會(huì)給當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)帶來(lái)極大的壓力。因而,一些針對(duì)性的研究工作已經(jīng)開(kāi)展[3,4]。

3 紅黏土填料試驗(yàn)研究及工程處理措施

對(duì)于紅黏土等高液限土用作路基填料,工程實(shí)踐中首先應(yīng)對(duì)其物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)研究,然后確定合理的工程處理措施及方案,保障公路建設(shè)質(zhì)量。常用的試驗(yàn)包括:1)粒度成分、液限、塑性指數(shù)及常用如含水量、密度等物理力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)。2)擊實(shí)特性試驗(yàn)。了解填料擊實(shí)性質(zhì),指導(dǎo)路基壓實(shí)施工。3)礦物成分及化學(xué)成分試驗(yàn)。紅黏土母巖成分對(duì)其物理力學(xué)性質(zhì)有較大影響,其化學(xué)特性是造成紅黏土具有高液限、高塑性指數(shù)和難失水特性的重要原因。4)擊實(shí)試樣的收縮試驗(yàn)。紅黏土的收縮特性對(duì)其工程性質(zhì)有很大影響,必須在工程中予以重視。

紅黏土用作路基填料的工程處理措施包括:1)摻灰,摻入一定量的水泥對(duì)紅黏土進(jìn)行改良。紅黏土填料運(yùn)至填方地段后,用推土機(jī)粗平,根據(jù)用量人工撒布水泥灰,路拌機(jī)拌和后,用平地機(jī)精平,最后進(jìn)入碾壓工序。2)摻石灰改良。方法與摻入水泥灰類似。3)固化劑改良。以NCS-4型固化劑為例說(shuō)明。固化材料與土?；旌虾蟀l(fā)生一系列物理化學(xué)變化,其主要礦物水化反應(yīng)時(shí)可形成含結(jié)晶水的鈣礬石,從而將土孔隙中的結(jié)合水與自由水以結(jié)晶水的形式固定下來(lái),使得土體的含水量迅速降低。同時(shí)鈣礬石晶體的形式加強(qiáng)了粘粒之間的連接,可提高土體的塑性,改善土體稠度,增加其可壓實(shí)性。

以摻灰方法為例,施工工序包括:1)取土并運(yùn)至填方路段,以10 m為一個(gè)斷面,以路基兩側(cè)掛線控制松鋪厚度,根據(jù)路基寬度及考慮碾壓效果;2)摻灰,推土機(jī)攤鋪,粗平后人工撒布水泥(或石灰),路拌機(jī)拌和;3)用推土機(jī)攤鋪粗平,平地機(jī)精平并配合人工調(diào)平;4)平每層土?xí)r,每20 m埋設(shè)中樁并在樁上用紅漆標(biāo)記以控制松鋪厚度不超過(guò)30 cm;5)嚴(yán)格現(xiàn)場(chǎng)填料的含水量,這對(duì)保證路基施工質(zhì)量十分重要;6)當(dāng)含水量在最佳含水量±2%以內(nèi)時(shí),開(kāi)始碾壓。施工時(shí)由輕到重,由慢到快,由邊到中進(jìn)行。先靜壓1遍,再弱振1遍,強(qiáng)振6遍,然后靜壓1遍。

路基施工流程見(jiàn)圖1。

4 結(jié)語(yǔ)

本文討論了紅黏土的成因、分布及其工程特性、紅黏土的路用性能指標(biāo)及工程中常見(jiàn)問(wèn)題;分析了采用紅黏土作為路基填料的試驗(yàn)方法及工程處理措施,得到的結(jié)論可為相關(guān)工程提供借鑒。

[1] 姜洪濤.紅黏土的成因及其對(duì)工程性質(zhì)的影響[J].水文工程地質(zhì),2000(3):33-37.

[2] 趙穎文,孔令偉.廣西紅黏土擊實(shí)樣強(qiáng)度特性與脹縮性能[J].巖土力學(xué),2004,25(3):369-373.

[3] 曾 靜,鄧志斌.竹城公路高液限土與紅黏土路用性能試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué),2006,27(1):89-92.

[4] 劉龍武,楊和平.紅黏土填料的路用性能研究[J].公路,2002(6):620-623.