坦桑尼亞水穩(wěn)紅土礫料性能探討

王紹玉

摘? ?要：紅土礫料是撒哈拉以南非洲地區(qū)常見的一種筑路材料，本文介紹了紅土礫料在坦桑尼亞Geita-Usaaara公路項(xiàng)目中水穩(wěn)底基層的應(yīng)用過程，通過對(duì)紅土礫料技術(shù)性能的統(tǒng)計(jì)分析，分析了不同紅土礫料的級(jí)配組成，進(jìn)行了不同含水率的擊實(shí)試驗(yàn)，獲得最佳含水率和最大干密度，并在此基礎(chǔ)上開展了CBR試驗(yàn)，獲得不同紅土礫料的承載特性，進(jìn)行了不同劑量的水泥配合比試驗(yàn)，得出了不同的UCS結(jié)果，總結(jié)出了紅土礫料在該項(xiàng)目的應(yīng)用技術(shù)，為后續(xù)類似項(xiàng)目提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：紅土礫料? 水泥穩(wěn)定? 底基層? UCS

中圖分類號(hào)：U412? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）12（a）-0117-04

紅土礫料是非洲地區(qū)廣泛存在的一種天然筑路材料，根據(jù)法國(guó)、英國(guó)的研究資料，及其他在工程中應(yīng)用過紅土礫料的非洲國(guó)家的工程經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為紅土礫料是在熱帶非洲地區(qū)典型的旱雨兩季交替循環(huán)的條件下形成的。與弱酸性雨水的下滲、礫料原巖中不溶性鐵、鋁、硅等氧化物的膠結(jié)、復(fù)合、脫水等過程相關(guān)。顏色上有紅褐色、黑褐色、土黃色等多種類別，但一般均由圓球狀的鐵質(zhì)鋁硅結(jié)合物、破碎微孔塊石及碎屑和粉質(zhì)粘性土組成。

坦桑尼亞公路工程設(shè)計(jì)施工中，因紅土礫料天然料源特性不同，外觀、顆粒級(jí)配、力學(xué)及物理性能均表現(xiàn)出較大差異性，主要用在墊層與底基層結(jié)構(gòu)。其中性能較好的紅土礫料可以作為被穩(wěn)定材料用于路面結(jié)構(gòu)。但紅土礫料的組成復(fù)雜、種類較多，其工程性質(zhì)與組成有很大關(guān)系，特別是受其中的粘性土的影響。本文依托坦桑尼亞Geita-Usagara公路項(xiàng)目建設(shè)，對(duì)所用的紅土礫料進(jìn)行了級(jí)配分析和擊實(shí)試驗(yàn)，并完成了不同壓實(shí)度水平下的CBR試驗(yàn)，分析了不同紅土礫料的承載特性。進(jìn)行了不同劑量的水泥配合比試驗(yàn)，得出了不同的UCS結(jié)果，總結(jié)出了紅土礫料在該項(xiàng)目的應(yīng)用技術(shù)，為后續(xù)類似項(xiàng)目提供一定的參考價(jià)值。

1? 工程概況

坦桑尼亞Geita-Usagara公路工程項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱118公路），位于坦桑尼亞西北部，是坦桑尼亞政府自籌資金集設(shè)計(jì)與施工于一體的公路工程。公路全長(zhǎng)90km，分為L(zhǎng)OT1、LOT2兩個(gè)標(biāo)段。本工程于2008年1月7日簽定合同，開工日期為2008年2月1日，工期兩年，缺陷責(zé)任期為竣工驗(yàn)收之日起3年。施工主要內(nèi)容包括路基土石方、底基層（水泥穩(wěn)定層）、基層（碎石層）、雙表處路面、橋涵及輪渡碼頭施工等。

2? 材料要求

按照坦桑尼亞施工規(guī)范，紅土礫料的原材料性質(zhì)需滿足以下要求，才能用作水泥穩(wěn)定層。 檢測(cè)方法按CML Tests-Tanroads中心實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)和方法確定。

2.1 料場(chǎng)勘探

首先確定紅土礫料料場(chǎng)的大致邊界，在紅土礫料料場(chǎng)內(nèi)網(wǎng)狀布點(diǎn)，每50m一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行探挖，分別記錄每個(gè)點(diǎn)的覆蓋層厚度與紅土礫料層厚度，并在CAD上標(biāo)注每個(gè)點(diǎn)，并作網(wǎng)狀圖，確定每個(gè)點(diǎn)代表的面積，如表2所示，作儲(chǔ)量計(jì)算表，計(jì)算得出紅土礫料料場(chǎng)的可開采量。如圖3所示，根據(jù)試驗(yàn)CBR結(jié)果，劃定不同的區(qū)域，進(jìn)一步精確開采位置。

2.2 性能分析

2.2.1 整體分析

級(jí)配篩分是土質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)的主要指標(biāo)之一，為了測(cè)定紅土礫料中各粒組占土?？傎|(zhì)量百分?jǐn)?shù)，按照CML篩分的尺寸要求，對(duì)紅土礫料料場(chǎng)進(jìn)行取樣篩分，各個(gè)粒徑通過率見表3所示。

其中5mm通過率的平均值為47.3%，可見其粗集料含量接近50%;0.075mm通過率平均值為14.9%，粉料含量接近15%。骨架結(jié)構(gòu)良好，填隙細(xì)料含量適當(dāng)，能夠產(chǎn)生優(yōu)異的力學(xué)性能。每個(gè)粒徑的通過率分布窄幅震動(dòng)，級(jí)配穩(wěn)定，波動(dòng)較小，這對(duì)于施工碾壓以及工程質(zhì)量的把控是非常有利的。

2.2.2 原材性能分析

通過對(duì)紅土礫料其他性能的實(shí)驗(yàn)，匯總數(shù)據(jù)如表4所示。

最大干密度與最佳含水率指標(biāo)是反映紅土礫料性質(zhì)的重要指標(biāo)，可通過擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)定紅土礫料的最大干密度與最佳含水率。118項(xiàng)目最大干密度平均值為2.051g/cm3，主要分布在2～2.1g/cm3的范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)差為0.07，變異系數(shù)為0.03，集中度較高;最佳含水率平均值為10.8%，主要分布在10%～12%范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)差為1.64，變異系數(shù)為0.15，集中度也較高。說明項(xiàng)目紅土礫料性質(zhì)較為穩(wěn)定，最大干密度和最佳含水率波動(dòng)幅度不大，有利于施工中工程質(zhì)量的控制。

液限、塑限是紅土礫料的重要物理特性指標(biāo)，反映了水分對(duì)紅土礫料性質(zhì)的影響。118項(xiàng)目水穩(wěn)所用紅土礫料塑性指數(shù)平均值為14.5%，滿足小于20%的規(guī)定。

通過對(duì)項(xiàng)目紅土礫料CBR數(shù)據(jù)分析，可見118項(xiàng)目沿線紅土礫料性質(zhì)良好，均能達(dá)到項(xiàng)目規(guī)范規(guī)定95%MDD時(shí)CBR值20%的要求。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看見，118項(xiàng)目紅土礫料的CBR值集中在45%～75%之間，其平均值為56%，CBR值不僅較高，而且分布較為集中。

2.2.3 水穩(wěn)性能分析

紅土礫料屬天然材料，在控制好原材料質(zhì)量的前提下，通過水泥穩(wěn)定紅土礫料的配合比設(shè)計(jì)主要是確定合理的水泥劑量。不同的水泥摻量的結(jié)果如表5所示。

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，水泥劑量為1.5%時(shí)，7d空氣、4d浸水養(yǎng)生條件下的UCS壓強(qiáng)度為1.1MPa，塑性指數(shù)為7;水泥劑量為2%時(shí)，7d空氣、4d浸水養(yǎng)生條件下的UCS壓強(qiáng)度為1.25MPa，塑性指數(shù)為5;由此可見水泥含量1.5%基本能夠滿足施工規(guī)范的要求，考慮到紅土礫料的天然屬性，為降低材料變異性對(duì)施工的影響，確保工程質(zhì)量，施工過程中水泥用量增加0.5%，采用2.0%的水泥劑量。

3? 配合比驗(yàn)證

為驗(yàn)證水泥穩(wěn)定紅土礫料配合比的合理性，鋪筑了水泥劑量為2%的試驗(yàn)路，養(yǎng)生7d后，為驗(yàn)證結(jié)構(gòu)層能否達(dá)到設(shè)計(jì)中承載等級(jí)，對(duì)試驗(yàn)段承載比進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，EV2均大于80MPa，符合設(shè)計(jì)中對(duì)承載等級(jí)的要求。通過彎沉進(jìn)一步檢測(cè)結(jié)構(gòu)層的整體承載能力，坦桑尼亞路面設(shè)計(jì)指南中對(duì)T3等級(jí)的彎沉值要求不大于50（0.01mm），養(yǎng)生7d后，13t軸載作用下的彎沉平均值為30（0.01mm），2倍標(biāo)準(zhǔn)差代表值為50（0.01mm），整體承載力符合要求。因此從EV2及彎沉結(jié)果可以判斷，水泥穩(wěn)定紅土礫料墊層的承載能力符合要求。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)坦桑尼亞118項(xiàng)目的紅土礫料的運(yùn)用情況作了簡(jiǎn)要介紹和探討，介紹了紅土礫料在項(xiàng)目從料場(chǎng)勘探到料場(chǎng)選用，到應(yīng)用過程中累積的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過分析可初步得出以下結(jié)論，從而為后續(xù)類似項(xiàng)目提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。

（1）紅土礫料的最大干密度偏小時(shí)，即使含有較多的粗顆粒，但在室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)顆粒在擊實(shí)功的作用下破碎成粉末狀，力學(xué)強(qiáng)度偏低。此類材料雖具有較高的CBR值，力學(xué)強(qiáng)度比較低，密度偏小，且通常伴隨著液限高、塑性指數(shù)偏大，工程性質(zhì)不佳。

（2）由于紅土礫料屬天然材料，對(duì)其級(jí)配要求一般比較寬泛，主要是控制0.075mm篩孔的通過率，也有經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為5mm篩孔的通過率不宜超過60%。

（3）紅土礫料的塑性指數(shù)對(duì)穩(wěn)定后的材料性能有重要影響，塑性指數(shù)太大時(shí)不宜直接用水泥穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

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