公路路基工程改良红黏土试验探讨

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【摘要】针对红黏土路基处治改良问题，通过工程试验，给出了石灰处治红黏土的最佳参数，通过对比素土室内击实试验，提出了具体的施工控制工艺。试验研究表明：红黏土路基天然承载能力较差，通过掺加石灰处治，极大地提高了红黏土的承载能力。通过室内试验，给出了石灰的最佳掺量范围；同时给定了红黏土的最佳含水率范围，即：OMC+2%～OMC+4%。

【关键词】公路工程；路基工程；红粘良；压实控制

从土体特性角度分析，红黏土液限值较高，水敏感性强，在含水率变化的情况下，红黏土表现出明显的膨胀、收缩特性，因此，未经处治的红黏土无法直接用于路基填筑，其承载强度及荷载稳定性也不满足设计及规范要求。而经石灰处治的红黏土在压实度达标的前提下，可用于路基填筑。为了明确石灰改良红黏土的相关工艺及施工控制参数，特以湖南省内某公路施工项目为研究案例，在此高速线路赵家村王五嗲屋后面K8+660的位置，采集现场路基土样，通过室内试验，给出了石灰的最佳掺量及含水率的合理范围，为现场施工提供参数支撑。

1材料物理性能

红黏土广泛分布于我国南方地区，为了客观、真实地反映红黏土路基施工过程中存在的问题，室内试验选取湖南省某公路施工项目现场红黏土路基土体，通过室内试验得到红黏土的各项参数，详见表1。经试验测定，该红黏土液限值较高，且黏土颗粒占比达52.3%，属于高液限黏土。红黏土组分分析详见表2。本项目拟采用石灰处治工艺，石灰有效成分为CaO、MgO，占比分别为72.4%、4.1%。

2室内试验研究

为了制定最合理的石灰处治方案，以最大程度提高红黏土的改良效果，拟通过相关室内试验，给出最佳的石灰掺量和含水率指标，同时与素土干、湿法击实试验结果对比，得出相应的施工控制工艺。

2.1击实试验

红黏土路基压实施工中，应以素土含水率及干密度指标为控制标准，采取室内击实试验获取土样的击实曲线，击实曲线如图1。为了对比不同工法对击实曲线的影响，本试验对比了干法和湿法两种工况。由实验可知：⑴干法工艺对应的最佳含水率（OMC）指标为30.6%,干密度最大值（MDD）为1540㎏/m3；⑵湿法工艺对应的干密度最大值（MDD）为1430㎏/m3，相应的最佳含水率（OMC）指标为32.1%。经对比分析发现，干法工艺对应的最佳含水率指标明显小于湿法工艺，但其干密度最大值大于湿法工艺；⑶由于红黏土中的黏土类矿物占比超过一半，黏土在长期的沉积过程中，吸收了大量的结合水，而干法工艺的土样烘干过程破坏了土体内部的稳定结构，相反，湿法工艺则不会破坏土体的结合水。

2.2直剪试验

通过分析室内击实试验结果，能够大体框定红黏良后的含水率范围。但工程实践表明，采用干法击实工艺，其压实度指标一般无法满足设计及规范要求。室内试验拟以湿法工艺对应的最佳含水率（OMC=32.1%）为基础，进一步细化含水率梯度，即：28%、30%、32%、34%、36%，分别对每一种含水率指标掺入不同比例的石灰改良材料，石灰比例设计定为：0%、4%、8%、12%、16%，充分拌和后制作试验样本。为了进一步分析红黏土路基填筑材料的强度指标，拟采用ZJ-4型四联直剪仪进行室内试验，该仪器的应力测定覆盖范围为50～400kPa，本次试验设定加载梯度为：50kPa、100kPa、150kPa、200kPa四级，剪切速率控制在0.8㎜/min左右，强度试验结果详见表3、表4。由表3、表4可知：⑴石灰材料对红黏土强度指标的改善效果显著，在含水率相同的前提下，经石灰改良的红黏土粘聚力指标可提高17%～42%，内摩擦角ψmax由起始的35.38°提升至37.45°，改性石灰掺量从0%提高至12%后，土体粘聚力指标c及内摩擦角均相应提高，当改性石灰掺量达到16%时，上述指标开始拐头下降。⑵土体含水率指标对改性红黏土的抗剪切性能影响程度与击实试验结果一致，当石灰掺量较低时（4%掺量），各参数（c和ψ）峰值点出现在OMC附近，随着石灰掺量的进一步提高，各参数（c和ψ）变化趋势类似，其最佳含水率指标提高至34%～36%。

2.3CBR试验

CBR试验也是表征路基承载能力的重要试验之一，结合室内击实试验和OMC指标，拟设定0%、4%、8%、12%、16%五个石灰掺量目标值，分别制作CBR试验试件，CBR试验结果详见图2。由图2可知，经石灰改良后的红黏土，其CBR指标提高明显，当石灰掺量介于8%～12%内时，试件的CBR指标达到峰值，其承载强度较素土提高了15.3倍，其强度指标满足公路路基施工规范要求。综合分析直剪试验和CBR试验结果，认为石灰掺量的最佳范围应介于8%～12%之间。

2.4无侧限抗压强度试验

除了CBR指标外，无侧限抗压强度也是表征路基强度的另一大重要指标，为了分析含水率指标对改良红黏土强度的影响，本次试验设定的石灰掺量为12%。无侧限抗压强度试验流程：经室内击实试验明确红黏土最佳含水率条件下的干密度指标；制作压实度分别为90%、92%、94%、96%、98%的柱体试验试件，试件在恒湿条件下养生7天，采用UTM伺服仪进行无侧限加载试验，试验仪加载行程参数为1mm/min，试验结果详见图3。由图3可知，含水率及压实度影响下的无侧限抗压强度变化趋势如下：①经石灰改良的红黏土的最大无侧限抗压强度指标可达到1.0MPa左右，试验论证了压实度指标对改良红黏土强度的影响；②通过分析含水率指标对强度的影响规律可以看出，当石灰掺量为12%时，对应的最佳含水率指标介于34%～36%之间。

3结论

以各项试验结果为基准，得到以下施工控制方案：⑴红黏土路基填筑应优先选用湿法击实工艺，并以该工艺得到的最佳含水率为设计参考值；⑵红黏土的最佳含水率应控制在OMC+2%～OMC+4%范围内，为了覆盖因水分蒸发导致的含水率下降，在指标选取时应坚持“就高不就低”的原则；⑶改良石灰的掺量推荐值应介于10%～12%之间；⑷在红黏良实践中，石灰掺量并非越高越好，如本试验采集的高液限红黏土试验样本，石灰掺量最佳范围应介于8%～12%之间。

【参考文献】

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作者：杨静 单位：核工业长沙中南建设工程检测有限公司