第37卷第4期2011年12月湖南交通科技

HUNANCOMMUNICATIONSCIENCEANDTECHNOLOGYVol．37No．4Dec．2011

收稿日期：2011-09-26作者简介：熊志华（1966-），男，高级工程师，主要从事高速公路建设项目管理工作。文章编号：1008-844X（2011）04-0011-03

红粘土地区高速公路路床典型处治结构研究

熊志华1，张洪1，万智2

（1．湖南省道贺高速公路建设开发有限公司，湖南道县425300；2．湖南省交通科学研究院，湖南长沙410015）

摘要：因路床受外部气候与交通荷载的影响较大，故需提高路床的整体稳定性。对红

粘土地区路床填料的击实、强度特性进行了试验研究，对红粘土切方路床的换填深度进行了现

场试验研究，以此提出了其典型的处治结构层形式。该方案对特殊气候和土质地区的路床填

筑具有一定的参考价值。

关键词：红粘土；路床；处治技术；高液限土

中图分类号：U416．1文献标识码：A

0引言

湖南省的湘西南地区地处我国南方，年降雨量大、气温高并且高温持续时间长，温度变化大，属于典型的炎热多雨地区。经计算，该地区大气温度和降雨对路基年平均影响深度大约为3m，日平均影响深度为0．5m，可见路床刚好处于大气的影响范围之内。路床不仅承受着较大的荷载，且受外界气候的影响较大，故要求其具有较高的承载能力和体积稳定性。

湖南省的湘西南地区高液限红粘土分布广泛，

据调查，该地区的红粘土普遍具有如下几个特点［1］：①土质均匀、细腻、粘性强，其粘粒含量相当高，平均达88．8%；②天然含水率高（30%～45%），

其天然稠度一般介于0．9～1．1之间；③孔隙比大，

一般为1左右，土体干密度小；④液限高（50%～80%）、塑性指数高。由于所处区域气候潮湿，路堤的93、94区填料（红粘土）含水率比较高，路基强度偏低，且水稳性较差。按规范要求，该类填料不能直接用于路床填筑部位。经综合考虑，对红粘土地区路床填筑所要达到的总体目标及要求是：采用水稳性较好的填料，维持路基路床的体积稳定性；采用强度较高的填料，提高路基的整体强度以达到模量要求；采用封闭效果较好的填料，隔水封闭93、94区的路基填筑体，以维持路基的长期稳定性。

结合红粘土地区的公路建设，以道贺高速公路为例，本论文对红粘土地区路床处治结构进行了探讨，为红粘土地区的路床处治提供技术参考。1红粘土路基路床填筑材料及换填

试验

道贺高速沿线红粘土分布广泛，符合路床填筑的外借土料较少，因此，路床填料主要为改良土。石灰、沙砾等外掺剂对红粘土土性的改良作用主要体现在：增加其强度，改善其水稳性，抑制其易开裂的工程特性等作用。1．1红粘土改性材料1．1．1红粘土掺石灰改性

通过4种掺灰比（3%、6%、9%、12%）的改性处治，且针对每种掺灰比开展了3种击实功（98击、50击、30击）4种含水率的室内CBR试验。CBR值和压实度随着含水率的变化规律如图1。

分析图1可以知道：经过掺灰改性后，红粘土对水分的敏感性明显得到了抑制，在图中主要表现为曲线下降的趋势比较缓慢；改性前后，CBR值得到了极大的提高，3%的掺灰比在最大含水率、最小击实功时都能达到9．6，说明改性后强度可满足压实度96区的要求。但考虑到实际施工时难以到达室内试验要求的均匀程度，因此，为保证石灰改性的效果，石灰剂量为5%～7%较合适。1．1．2红粘土掺碎石改性

进行了4种掺碎石比（15%、25%、35%、45%）

的处置，并针对每种掺碎石比开展了3种击实功（98击、50击、30击）和4种含水量的室内CBR试验。CBR值和压实度随着含水率的变化规律如图2。湖南交通科技37卷

图1CBR及压实度与含水率的关系（掺灰）

可以看出，不同碎石掺量改性红粘土的CBR值

都得到了提高，特别是在最优含水量点附近，CBR

值提高的幅度最为明显。随着碎石掺量的增加CBR值提高越多，碎石太少时，粗颗粒只是分散地“浮”在土粒之间，这时碎石的存在不足以影响土料

的性质；如果增大碎石掺量，则碎石就开始形成了一

种骨架效应，抵抗剪切变形的能力得到加强。从不

同碎石掺量改性红粘土的干密度与未掺碎石改性红

粘土的干密度相比，

其干密度变化的幅度就说明了图2CBR及压实度与含水率的关系（掺碎石）

何种碎石掺量下骨架效应比较明显。要使碎石能够

发挥骨架作用，减小混合料的收缩变形，并使混合料

成型较好，碎石的掺量为40%～60%较理想。

1．2碎石改良红粘土的开裂性能

湖南省衡枣高速公路对红粘土进行过掺砂砾的

现场开裂试验，所掺砂为河砂，砾为河卵石，砂的掺

配比例为10%，砾的比例分别为15%、20%、25%、

30%，测定的开裂试验情况如表1所示。

从表中可以看出，随着砂砾含量的增加，缝宽愈214期熊志华，等：红粘土地区高速公路路床典型处治结构研究

表1衡枣高速公路红粘土掺砂砾后开裂试验

土名试验场地面积/m2成型土块厚度/mm现场温度/℃持续开裂时间/h最大裂缝宽度/mm裂缝深度/

mm裂缝形状

素粘土2．525037．23612．0250龟裂，板块无连接掺砂砾25%2．227037．6208．1270局部龟裂掺砂砾30%2．426036．8166．5200局部龟裂掺砂砾35%2．525038．1125．6180网裂，裂缝细而密掺砂砾40%2．526037．0104．9约100网裂，裂缝细而密

来愈细，板块整体性变好，表明粗粒料的掺入，抗裂

性能得到了一定的提高。因此，对掺碎石改良红粘

土而言，为减小其收缩性到较合理的范围，掺碎石量

超过40%后，裂缝宽度已较小，所以碎石掺量控制

在40%～60%是较合适的。

经调查，改良用的石灰需远距离调运，成本较高，综合考虑，本公路选用50%碎石掺量的改良红

粘土作为路床－20～－80cm部位的填筑材料。

2红粘土挖方路基路床换填现场试

验

典型换填填料的物性指标如表2所示。

表2典型换填填料的物性指标

项目颗粒分析/%最大干密度/（g·cm－3）最佳含水率/%＞2mm0．5～0．25mm0．25～0．075mm＜0．075mm土样15．913．29．371．61．8814．9土样24．311．37．277．21．8314．5

各换填深度实测承载力特征值及回弹模量如表3所示。

表3各换填深度实测承载力特征值及回弹模量

换填深度（压实后）/cm承载力特征值/kPa回弹模量/MPa

0227．625273．961．3150331．261．0575389．677．39100422．573．69

红粘土地区挖方路基路床换填试验表明，红粘

土切方路基路床在换填之后的承载力特征值有明显

的提高，相对于原红粘土的承载力特征值分别提高20．34%、45．52%、71．18%、85．63%，其相对增幅分

别为20．34%、25．18%、25．66%、14．46%，说明随

着换填深度的增加，其承载力特征值并不是线性增

加，而是增幅趋缓，表明这和路床换填的填料的物理

力学性质相关，因此，挖方路基路床换填深度应根据

经济技术等指标合理的选取，规范所提一刀切的采

用换填80cm的处置方案未必可取。

根据现场试验，对道贺路红粘土切方路床根据

土体的天然含水量分别取2种换填深度进行处置，

对于原状土体较干燥的切方路段，由于红粘土具有较高的结构强度，换填30cm已足够满足路基的强度和模量要求；对于天然含水量较高的潮湿路段，需适当加大换填深度，并提前做好切方路段的排水盲沟的设置。

3路床填筑结构层次建议

3．1填方路段

路床填料除满足强度要求外，还应具有较好的水稳性及一定的隔水功能。根据对红粘土路基路床所进行的填筑材料性能试验，推荐的红粘土地区路床处置结构层次，如图3所示。1）在符合路床填筑要求的填料来源比较丰富的路段，路床部分最顶上一层0～－20cm采用未筛分碎石填筑或隧道弃渣（最大粒径不超过8cm）；其余部分采用符合96区填筑要求的土料直接填筑（包括隧道弃渣、外借好土）。2）在符合路床填筑要求的填料缺乏的路段，路床部分最顶上一层0～－20cm采用未筛分碎石或隧道弃渣填筑；其下的－20～－80cm，首先是力争通过调查寻找到部分符合要求的填料直接填筑于该部位，其余填料缺口采用碎石改良土。3．2挖方路段1）硬质岩石挖方路段，只需要进行调平。

（下转第20页）31湖南交通科技37卷

料中掺加纤维能够有效降低其他因素（如集料吸水

率变化）对混合料最佳油石比影响，掺加0．1%木质

纤维的不同吸水率的玄武岩拌合成的沥青混合料最

佳油石比比较接近。

3）通过试验验证表明：混合料中掺加0．1%的

木质纤维，其路用性能能够得到明显的改善，如混合

料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性都有显著提

高。

4）在实际工程中如果出现集料吸水率变化较

大的情况下，建议在混合料中掺加适量的木质纤维，以减小集料吸水率变化对混合料最佳油石比的影

响，同时达到提高混合料路用性能的效果。

参考文献：［1］JTGE42—2005，公路工程集料试验规程［S］．［2］JTGF40—2004，公路沥青路面施工技术规范［S］．［3］沈金安．沥青及沥青混合料路用性能［M］．北京：人民交通出版社，2001．［4］JTJ052—2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］．［5］彭波．木质素纤维在沥青混合料中的应用［J］．西安建筑科技大学学报（自然科学版），

欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂2005．

（上接第13页）

图3填方路床处治层次及填料选择（单位：cm）

2）路基较为干燥的土质挖方路段，路床处治深

度为30cm，采用碎石进行填筑，如图4－a所示；天

然含水量较高（天然稠度小于1．1）的土质挖方路

段，路床处治深度为40cm，路床部分最顶上一层0

～－20cm采用碎石或隧道弃渣填筑；其下的－20

～－40cm原地钩松，用改良土处治。

3）路基潮湿的残积高液限粉土路段，路床处治

深度为60cm。路床部分最顶上一层0～－20cm

采用碎石或隧道弃渣填筑；其下的－20～－60cm

用改良土分两层填筑。

4）若有石柱、石笋等，则需将石柱、

石笋等炸图4一般质切方路段路床处治层次及填料选择（单位：cm）

掉并清除40cm，路床处置采用图4－b中0～40cm

的方案执行。

4结语

根据路床所处的环境及其填料来源情况，结合

室内外试验，提出了红粘土填切方路床的典型处治

结构形式。该方案考虑了材料强度从上到下依次递

减的要求，符合路基的所受附加应力的变化规律，以

及隔水的功能，可达到保证工程质量和兼顾经济的

目的。由于我省红粘土分布广泛，道贺高速路床处

治典型结构已推广至我省多条高速公路。

参考文献：［1］谈云志．红粘土的工程特征与湿热耦合效应研究［D］．武汉：中国科学院武汉岩土力学研究所，2009．［2］JTGF10－2006，公路路基施工技术规范［S］．［3］JTGE40－2007，公路土工试验规程［S］．02