紅黏土工程性質及在路基中的應用

高曉

摘 要：由于紅黏土遇水后性能會降低，從而影響在路基工程中的應用效果。所以文章首先對紅黏土工程性質進行分析，包含顆粒分析、天然含水率、界限含水率和自由膨脹率等，當對紅黏土的工程性質有了深入了解之后。然后分析紅黏土應用于路基中需要具備的性能，于是可以通過合適的施工方式，提高紅黏土作為填料在路基中的應用效果。

關鍵詞：紅黏土;工程性質;路基;應用

中圖分類號：U412.22 ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1001-5922（2020）10-0168-05

Abstract：Since the performance of red clay will be reduced when it encounters water， it will affect the application effect in subgrade engineering. Therefore， the paper first analyzes the engineering properties of red clay， including particle analysis， natural water content， boundary water content and free expansion rate， etc. After having a deep understanding of the engineering properties of red clay. Then analyze the performance that red clay needs to have in the roadbed， so the application effect of red clay as a filler in the roadbed can be improved through a suitable construction method.

Key words：red clay; engineering properties; subgrade; application

0 引言

紅黏土屬于一種特殊土，其特征主要表現(xiàn)為含水率較高、塑限高、液限高等，當其遇到水時，其強度就會發(fā)生顯著性較低，所以導致在路基不能發(fā)生較好的應用效果[1-3]。直至近幾年來，人們開始對紅黏土進行使用，將其作為路基填料，但是嚴重影響到了路基穩(wěn)定性和質量，究其原因為紅黏土工程性質了解不夠深入，于是文章將主要研究紅黏土工程性質，然后正確的應用于路基建設中，能夠提高路基的質量[4-5]。文章將選取貴州地區(qū)中某高速工程的紅黏土作為研究對象，取土深度為5～10m。

1 紅黏土工程性質分析

由于貴州地區(qū)特有的氣候特征，容易形成紅黏土，導致在某些區(qū)域進行工程建設時容易受到紅黏土的影響，所以分析其工程性質將有助于工程建設的發(fā)展。紅黏土的顆粒非常小，粘粒含量也較高，并且其分布較為均勻，于是顆粒就會以土粘團的形式存在，其中涉及到的粘接強度主要為鋁質和鐵質膠結連接，然后其粘接結構較為穩(wěn)定，當遇水后力學性能就會發(fā)生變化[6-7]。紅黏土的主要成分有粘土礦物、游離氧化物和巖屑，且其含量依次遞減。文章將主要有4個方面分析紅黏土的工程性質，分別為顆粒分析、天然含水率、界限含水率和自由膨脹率。

1.1 紅黏土的顆粒分析

作為土工試驗最基本的實驗之一，顆粒分析主要目的在于檢測紅黏土中不同粒徑質量的占比。因為該占比對紅黏土的力學性能有一定的影響。于是使用密度計法對紅黏土的顆粒進行實驗研究，使用風干紅黏土作為實驗對象，按照一定操作程序，即可得到如表1所示的紅黏土顆粒組成分析表。從表中可以看出，粒徑小于0.002mm的顆粒占比最多，占比為73.5%，所以紅黏土中粒徑發(fā)部分在0.002mm以下，其次為粒徑在0.075～0.002mm之間的顆粒，占比為20.1%，占比最小顆粒的粒徑只有6.4%。于是根據(jù)相關劃分要求，紅黏土屬于黏質細粒土。

1.2 紅黏土的天然含水率

含水率屬于紅黏土的基本指標之一，其主要作用在于能夠反映出紅黏土的狀態(tài)，另外，含水率不同，其力學性能也將存在差異，另外，如果需要計算紅黏土的孔隙比、干密度和飽和度等指標時，需要將含水率作為依據(jù)，所以對紅黏土的天然含水率進行測試十分有必要[8]。文章采用烘干法測定不同紅黏土的含水率，然后得到如表2所示的檢測結果。從表中可以看出，紅黏土的含水率比較大，平均含水率大致在35%左右。紅黏土的高含水率主要與其物質組成有關聯(lián)，紅黏土中具有很多的粘土礦物，在該礦物中存在很多的高嶺石，該物質具有很強的吸水性，另外，紅黏土中存在很多氧化物屬于水合氧化物，于是可以增大紅黏土的含水率，使得紅黏土具有含水率大的特點。

1.3 紅黏土的界限含水率

當含水率不斷增加時，紅黏土會存在3個不同的狀態(tài)，分別為固體狀態(tài)、可塑狀態(tài)和流動狀態(tài)，然后界限含水率就是這3個狀態(tài)的界限值，分別包含液限和塑限，其中塑限的含義為固體狀態(tài)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的最低含水率，另外一種液限的含義為可塑狀態(tài)變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)的最低含水率。界限含水率的主要作用在于能夠將土類進行劃分，在公路工程設計中也有重要作用。

將選擇100可錐為研究對象，通過使用雙曲線法獲得如表3所示的界限含水率結果。然后根據(jù)圖1所示的塑性圖可以進行紅黏土分類。圖1中液限為橫坐標，塑性為縱坐標。根據(jù)表3所得到的液限和塑限在圖1中找到相應的位置，可以位于B線的右側，A線的上側，從而可以判斷紅黏土屬于一種高塑性無機紅黏土。對土進行評價時其主要指標就是塑性指數(shù)和塑液限指標，實驗結果測得紅黏土塑限為30.6%，該值比天然含水率要低，于是處于可塑狀態(tài)。另外，塑限含水率和天然含水率差不多，于是可以證明實際情況中天然含水率的紅黏土具有一定強度，所以將其應用于路基中具有一定的工程性質。

1.4 紅黏土的自由膨脹率

自由膨脹率主要作用在于反映土膨脹性，不同膨脹性將會影響到土的膠粒含量、水溶液性質、礦物成分和化學成分等。于是進行實驗研究，檢測紅黏土的自由膨脹率結果如表4所示。從表中可以看出，紅黏土的自由膨脹率平均值為6.5%，由于相關規(guī)定表明只有大于40%的情況才屬于膨脹土，顯然文章所研究的紅黏土膨脹率小于40%，不屬于膨脹土。然而在實驗過程中，出現(xiàn)了少量膨脹，究其原因在于紅黏土是一種碳酸鹽系，其中具有少量的蒙脫石，其中晶體構造層又會和陽離子，于是其吸水膨脹能力非常的強，所以就會出現(xiàn)少量膨脹現(xiàn)象。

通過上面對紅黏土工程性質進行分析，得到了該紅黏土中的主要成分為粘土礦，紅黏土的粒徑大部分集中小于0.002mm，于是可以將其劃分為黏質細粒土，紅黏土的的含水率比較高，大致在35%左右，然后其塑性指數(shù)和液限分別為72.5%和103.1%，通過塑限圖可以判斷紅黏土為高塑性無機黏土，最后紅黏土的自由膨脹率是6.5%，不屬于膨脹土，但是實驗過程中會發(fā)生較少的膨脹，其主要原因在于紅黏土中含有蒙脫石，該材料的吸水膨脹能力比較強。

2 紅黏土在路基中的應用

文章將以貴州省某公路的一段作為應用對象，研究紅黏土作為路基的填料，雖然紅黏土遇水會大幅度降低力學性能，但是在一定條件之下，能夠滿足路基中作為填料的要求。所以在應用過程中需要有合理的施工工藝，合理的控制條件，從而降低遇水后紅黏土的影響，于是能夠作為填料在路基中發(fā)揮重要作用。于是本章節(jié)將主要研究紅黏土作為填料在路基中應用的相關要求。

2.1 路用性能測試

將紅黏土作為路基填料，需要進行路用性能測試，在測試過程中會將CNR和壓實度作為控制指標，檢驗紅黏土作為填料的CBR值是否符合規(guī)范，然后分析出紅黏土作為填料的最佳含水率范圍，并且還需要分析出最佳碾壓稠度范圍，從而達到控制紅黏土作為填料的性能。于是對天然含水率下的紅黏土進行了大量錄用性能試驗，結果如表5所示。圖2和圖3分別為不同擊實功作用下稠度與 CBR 關系曲線和與干密度關系曲線。通過對圖2、圖3和表5進行分析，于是可知紅黏土基本上可以滿足作為填料的CBR要求，并且將紅黏土的可碾壓含水率設置為27%～48%之間;紅黏土的最優(yōu)含水率為小于最大強度含水率5%～6%，于是通過求出最大強度含水率就可得到最優(yōu)含水率;紅黏土作為填料時，在滿足強度的條件下，可以降低壓實度。

2.2 填料要求

按照某些規(guī)定上指出填料要求，紅黏土基本上不符合，但是在路用性能測試中能夠發(fā)現(xiàn)天然含水率是否能夠作為填料起到?jīng)Q定性作用，另外，作為填料還需要滿足一定的穩(wěn)定性和強度，所以紅黏土還需要考慮到CBR強度。有些情況中紅黏土的液限和天然含水率非常高，但是卻具有非常好的CBR強度，能夠符合工程要求。所以紅黏土的填料要求為CBR要大于3，另外其稠度大于0.7，總之，當紅黏土的碾壓含水率和強度滿足要求時，不需要滿足其他的指標，比如塑性和液限。

2.3 控制碾壓含水率

碾壓含水率影響著壓實質量，所以需要控制好紅黏土的碾壓含水率十分重要。碾壓含水率過高和過低都會使得路基質量達不到要求，于是需要將其控制在一個合理范圍內(nèi)。按照相關規(guī)定表明，碾壓含水率在26%到30%之間比較好，但是由于貴州地區(qū)的環(huán)境決定著紅黏土含水率比較高，于是需要對其進行大范圍晾曬，會需要大量成本，所以在實際過程中不會使用該方式。由于紅黏土達到最大強度時其含水率并不是最優(yōu)含水率，所以可以根據(jù)實際情況將碾壓含水率設定在26%到48%之間比較合適，當有些含水率超過48%時，當然這些部分屬于少量，于是可以使用晾曬，然后使其符合碾壓含水率。

2.4 路基填筑方案

由于紅黏土的性能比較不穩(wěn)定，遇水后性能會發(fā)生變化，所以不能按照一般填料進行填筑，紅黏土常用的填筑結構有漢堡事、三明治式、土石混填式、摻灰處理等。每種方式的優(yōu)勢不同，文章通過結合室內(nèi)試驗結果，然后考慮到施工工期、造價和工程合理性等因素，最終選擇三明治式和土石混合式這兩種方式的結合形式。

1）三明治式。三明治式又可以稱為互層法，將土和石以相互間隔的方式進行填筑，該結構路基斷面模型如圖4所示，這種方式的優(yōu)勢在于上料運輸比較容易，施工方便。而且通過實際工程來看，在某高速公路中采取三明治這種方式具有較好的應用效果，所以將其應用于路基中具有可行性。

2）土石混填式。這種方式就是按照一定比例，將土和石進行混合，然后作為填料，其結構路基斷面模型如圖5所示。這種方式的主要優(yōu)勢在于密實度和強度都比較優(yōu)異。但是這種方式施工比較困難，一般不建議使用，但是可以應用于小面積施工中，于是文章將其作為配合方式，只在小范圍內(nèi)進行使用。

3 結語

綜上所述，通過對紅黏土的工程性質進行分析，可知紅黏土的粒徑較小，可以將其劃分為黏質細粒土，另外通過實驗研究得到紅黏土的塑性指數(shù)和液限分別為72.5%和103.1%，可以判斷為高塑性無機黏土。雖然紅黏土遇水后會降低性能，但是通過對紅黏土的各種指標進行控制，然后選擇合適的施工方式，紅黏土作為填料應用于路基中具有可行性。

參考文獻

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