第5卷第1期2007年3月水利与建筑工程学报Journal of W ater Resources and Architectural EngineeringV ol .5No .1M ar .,2007收稿日期:2006-07-07 修稿日期:2006-08-11作者简介:张麒蛰(1977—),男(汉族),福建省南靖人,助工,工学硕士,主要从事道路工程设计研究工作。

高液限红粘土路基修筑技术探讨张麒蛰(福建省交通规划设计院,福州350004)摘　要:以实际公路工程为依托,针对高液限红粘土路的物理力学性质及工程特性,鉴于高液限红粘土路基修筑中所面临压实性差、失水收缩开裂、稳定性差等问题,提出了高液限红粘土地区公路路基修筑技术。

关键词:高液限;红粘土路基;修筑;处治方法中图分类号:T U446 文献标识码:A 文章编号:1672—1144(2007)01—0083—03Discussion on Construction Techniques of Red ClaySu bgrade with High Liquid LimitZHANG Qi -zhe(Fujian Province Comm unication Planning and Design Institute ,Fuzhou ,F ujian 350004,China )A bstract :Based on the actual highway w orks ,the construction techniques of the highw ay subg rade in red clay area w ith hig h liquid limit are discussed according to the physical features and the construction conditions of this highw ay ,and also according to the problems such as the inferior compacting effect ,the shrinkage cracks by los -ing w ater and the bad stability in the construction of this highw ay .Keywords :high liquid limit ;red clay su bgrade ;construction ;treatment method 高液限红粘土在广东省韶关地区广泛分布,它是碳酸盐系岩石经红土化作用形成的棕红色、褐黄色的高塑性粘土,其液限在50%～70%之间。

在公路建设中,该种土的高液限、高塑性指标及干缩湿胀等不良特性[1],将导致路基压实性能差,使路基出现结构裂缝,影响路基的整体强度及稳定性;因此,需寻求合理的高液限红粘土路基的修筑方法,以保证路基有良好的结构功能和工作性能。

1　高液限红粘土的工程特性广东省韶关市曲江至高雄高速公路场地位于中亚热带湿润季风气候区,该地区雨量充沛,年降水量多在1300～2400mm ,多年平均相对湿度为76%。

该项目沿线红粘土主要分布在第四系坡积层(Q dl ),第四系全新统冲洪积层(Q al -pl4),和第四系残积层(Q el)上,基底为石炭系中上统石灰岩,其液限一般大于50%。

通过分析韶关市境已建省道(S323线)高液限红粘土路基病害的调查结果,本文认为该地区新建高液限红粘土路基修筑将面临两个问题:(1)高液限红粘土具有高含水率、高塑性、高孔隙比、低密度引起路基施工压实性差;(2)用该种土填筑的路基表面容易失水收缩开裂,并存在复浸水后再失水收缩并进一步增大裂缝宽度不利于路基整体性和路基强度形成,降低了路基稳定性。

2　高液限红粘土路基填筑技术2.1　红粘土路基填料的裂隙性评价标准关于高液限红粘土裂隙性对路基整体性及长期强度和稳定性的影响,目前还很少有合适的理论和试验方法来指导高速公路高液限红粘土填方路基的设计与施工[2]。

根据高液限红粘土的工程性质,笔者认为可采用压实试块失水和复浸水收缩开裂试验模拟现场分层填筑碾压时红粘土收缩变形、含水率变化及分层碾压后层底和层顶含水率差之间的关系与裂缝开展发育规律。

经过对大量石灰岩高液限红粘土试验数据的统计分析,发现最大干密度与天然含水率之间存在显著的负线性关系(图1)。

为了控制红粘土填方开裂的数量和宽度,保证路基的整体性和长期强度,高液限红粘土除了需满足CBR 和压实度的要求,同时还应满足高液限红粘土最大干密度下限和天然含水率上限的要求(即最大干密度下限值宜取统计平均值与15倍均方差的差值,天然含水率的上限则按回归方程确定),才可作为路基填料;若CBR <3%、压实度达不到93%,需采取合适的施工工艺或土质改良技术,使得红粘土路基具有良好持久的工作性能。

图1　最大干密度与天然含水率的统计关系2.2　高液限红粘土的处治与质量要求在总结省内外高速公路建设中高液限红粘土利用与施工的成功经验的基础上,结合韶关地区的气候特点及材料来源状况,根据压实失水产生的裂隙性的评价标准且CBR <3%(饱水后),压实度<90%红粘土,可采用改变土体含水率、增加压实功处理或采用掺入石灰等固化材料进行处治。

本项目红粘土路基填筑基本断面如图2所示。

图2　红粘土路基典型横断面处治后红粘土用于路基93压实区填筑,不宜用于94、96压实区填筑;为防止红粘土与水气交换造成膨胀或干缩裂缝,处治后的红粘土应进行包边植草防护,包边厚度不宜小于1.0m ,以保证路基整体性及长期强度和耐久性;对于地下水位较高的地区,路基底部设置一层30～50cm 厚的砂砾或碎石等透水性材料隔水层;93区红粘土层碾压完毕后,为防止失水开裂,应及时覆盖下一层土尽快碾压,以缩短表面暴露风干失水的时间,且路基的94、96区必须用低塑性的好土填筑,从而达到减少裂缝数量和抑制开裂宽度的目的。

在零填方红粘土路段,应超挖80cm 采用换填透水性材料进行处理。

经处治后的高液限土应满足以下质量要求:①胀缩总率(50kPa 压力下膨胀与收缩率总和)不大于0.7%;②填料最小强度(CBR )不小于3%(饱水后);③按湿土法重型击实试验法[3]求得的最大干密度的压实度不小于93%。

2.3　高液限红粘土填方路基处治方法高液限红粘土未采用合理的工程处治措施直接用于填筑高速公路路堤,则路堤填料会产生难以压实、干缩湿胀、边坡坍塌等不良病害[4]。

若对沿线所有的高液限红粘土进行废弃处理,虽简单易行,但势必增加新的弃土堆,破坏环境且将增加工程费用,此方法在资源、经济、工期上具有很大的局限性,不建议采用。

若对红粘土进行晾晒处理,湿度大的地区很难行之有效;因此,对于填方路基,必须通过工程技术措施,改良高液限土的工程性质,使之成为技术上可行与经济上合理的路基填筑方案。

2.3.1　改变土体含水率或增加压实功处治　高液限红粘土处理技术的实施分室内试验和现场实体工程试验两个阶段:(1)室内试验是基于高液限红粘土的特殊性,通过试验结果明确红粘土的含水率、击实功与密度的关系,土的含水率、击实功与强度的相互关系,分析不同的含水率和击实功,填料CBR 的变化范围,为实体工程试验与工程施工提供必要的依据。

(2)现场实体工程试验是在分析总结室内试验结果的基础上,根据现场的施工条件,通过调整含水率、压路机吨位、碾压遍数、松铺厚度等指标来寻求最佳施工工艺与可行的质量控制标准。

(3)为防止红粘土路基干缩湿胀现象,应采用合理的碾压组合;为减少碾压后由于失水产生的裂隙,碾压含水率采用最优含水率偏湿,击实试验采用湿法重型击实,具体处理技术工序见图3。

图3　改变含水率或增加压实功处治工序84 水利与建筑工程学报 第5卷2.3.2　掺石灰等固化材料处治　可根据沿线实际情况,并在满足质量指标的前提下,通过室内外试验确定最佳改良方案。

对于韶关市石灰料源较为丰富的地区,可推荐采用掺入石灰对高液限红粘土进行处治。

掺拌石灰施工采用路拌法,处理工序见图4。

图4　掺石灰等固化材料处治工序3　高液限红粘土挖方路堑处治方法红粘土路堑与路堤边坡失稳呈现渐变特征,边坡稳定性随大气影响深度与干湿循环幅度的增大而降低[5];由于红粘土的干缩湿胀反复循环,以及裂纹处形成应力集中,使边坡上的裂纹不断扩张、延伸、下切,形成局部坍塌,边坡稳定性降低。

因此,本项目红粘土挖方路堑应做以下特殊处理:(1)挖方路基设计应注意复浸水Ⅰ类红粘土(收缩后复浸水膨胀,能恢复到原位)的开挖面土体干缩导致裂隙发展及复浸水使土质产生变化的不利影响。

边坡稳定性分析计算宜采用饱水剪切试验和重复慢剪试验等强度指标,对于裂隙发育的土应采用三轴剪切试验或无侧限抗压强度试验指标;必要时,可进行收缩试验和复浸水试验。

(2)挖方边坡高度不宜超过20m ,路堑边坡设计应遵循“缓坡率、宽平台、固坡脚”的原则。

边坡坡率及平台宽度可按表1确定,当边坡高度超过6m 时,挖方路基宜采用台阶式断面,若地形允许,宜放缓边坡。

表1　路堑边坡坡率边坡高度/m边坡坡率边坡平台宽度/m<61∶1.25～1∶1.5—6～101∶1.25～1∶1.52.0010～201∶1.5～1∶1.75≥2.0 (3)应注意路基排水系统的综合设计,及时引排地面水和地下水。

根据地下水发育情况,因地制宜地在堑坡上设置仰斜式排水孔、支撑渗沟,在边沟下设置渗沟。

(4)应根据红土或高液限土的工程性质、公路等级,对路堑路床0.8m 范围内的高液限红粘土进行超挖,并换填渗水性良好的砂砾、碎石土。

(5)应注意路堑边坡坡面防护与挡加固的综合设计,坡面防护宜采用骨架植物防护,当边坡稳定性不足时应增设支挡工程。

对于全封闭的圬工防护,应在墙背设置厚度为0.15～0.30m 的排水垫层。

4　结　语在总结已建高速公路高液限红粘土路基修筑技术经验的基础上,以实际公路项目为依托,从高液限红粘土压实性差、容易失水收缩开裂及路基稳定性等不良的工程特性入手,探讨了高液限红粘土路基修筑中存在的问题及处治方法,为高液限红粘土地区路基的设计、施工提供参考。

参考文献:[1]　中交第二公路勘察设计研究院.公路路基设计规范[S ].北京:人民交通出版社,2004:153-154.[2]　刘龙武,杨和平,等.红粘土填料的路用性质研究[J ].公路,2002,47(6):126-128.[3]　交通部公路科学研究所.公路土工试验规程[S ].北京:人民交通出版社,1993:118-183.[4]　赵颖文,孔令伟,等.广西红粘土击实样强度与胀缩性能[J ].岩土力学,2004,25(3):369-373.[5]　张文敏.广东韶关红粘土特性研究[J ].岩土力学,1991,12(4):41-51.85第1期 张麒蛰:高液限红粘土路基修筑技术探讨。