高等级公路路基红粘土填料试验研究(1)

《 公路路基设计规 范》 规 定 ，高速 公路 、一 级公 路路基填料最小强度 应符 合规 定 ，即 ：上 路床 （ ０～ ３ ｍ）Ｃ Ｒ值 ＞ ，下路床 （ ０～ ０ｃ ０ｃ Ｂ ８ ３ ８ ｍ）Ｃ Ｒ值 ＞ Ｂ ５ ，上路堤 （ ０～１０ｃ１ Ｂ ８ ５ ｎ）Ｃ Ｒ值 ＞ ，下路 堤 （ ５ ４ １０ ｃ ｍ以下）Ｃ Ｒ值 ＞ ，零填及路堑路床 （ Ｂ ３ ０～ ３ ｍ） ０ｃ Ｃ Ｒ值 ＞ 。从 表 ４可知 ，能直 接作为 上路 床填料 的 Ｂ ８ 没有 ，能直接 作为下 路床填料 的 占较少部分 ，能满足 上路堤要求 的 占少部 分 ，大多只能作为下路堤 和不能 满足下路堤的填料 。 ２ ３ 综 合分析 ． 从 试验得 到的主要技术 指标 不难发现 ，红粘 土具 有高液 限 、高 塑性指数 、高 天然 含水量 、低 强度 、低 稠度 等特征。红粘土 作为路基填料 的不 良特 征 ，产 生 的机理主要是 由于红粘 土 的含 水量 （ 度 ） 稠 、含水 形 式以及 塑性特 征所 引起 ， 而高液 限 、高塑性 指数特 征 主要表 现为过 湿 、过． ，难 以失水 ，难 以压实 。 干
岭石 的含量大于 ８ ０％ ，大 部分矿 物为 酸性环境 中形 成 ，矿母成分 对其物理力学性 质影 响较大 ；红粘 土化 学成 分 ＳＯ ＋Ａ 一般 介于 ７ ｉ １ 值 Ｏ ６％ ～８ ５％ ，粘 土 矿物硅铝介于 ２ ０～ ． ，Ｆ ， 于 ５０～ ． ，这种 ． ３ ０ ｅＯ 介 ． ９０ 化学特性是造成红粘土具有高液 限 、高 塑指 、难 失水
表 ７ 掺 入 外掺 剂 后 压 实度 检 测 结果 表
Ｎ Ｓ一 层 Ｃ ４ ／ ％
４ ６
压实
干密度 Ｎ Ｓ一 层 Ｃ ４
压实
干密度
次 度／ ／ ｇ・ ｍ一 ） ／ ％ （ ｃ 。 ％
１ １ ９ ５ ９ ５ １８ ． ２ １８ ． ３ ４ ６
次 度／ ／ ｇ・ ｍ一 ） ％ （ ｃ 。
一
收稿 日期 ：２ ０ ０ ６—０ ０ ６— ５
３ 处 理 方 案
从结果看 ，红粘 土加入外掺剂后 ，其原土样 的物 理性质指标发 生了变化 ，土 的 液限下 降 ，塑限上 升 ， 塑性指数 降低 ；外 掺剂 对红 粘 土的强 度指 标 Ｃ Ｒ值 Ｂ 提高也较 明显 ，同时含水量相应 降低 ，降低率取决 于 土的天然含水 量 、外 掺剂掺 配剂量 、外 界温度和湿度 等。在相 同含水量情况下 ，处理后 的红粘土较素 土更 易压实 ，水稳定性及 强度更好 。试验结 果 同时可 以看 出 ，Ｎ Ｓ ４固化剂 以 ４％ ～ Ｃ一 ６％ 的配 比，效果最佳。
１ 室 内试 验
根据公路沿线红粘 土成土母岩类 型 ，采集 中更 新 统 冲洪积 网文红 土进行矿物鉴定及含量分析 、化学成
表 ２ 红 粘 土硅 酸 盐 化学 全 分 析 结果 表 ％
表 ３ 红 粘 土粒 度 成分 分 析 结果 表
％
２ １ 矿物成分 、化学成分 ． 红粘土矿物组成以石英 和高岭石为主 ，石英 ＋高
表 １ 红粘 土 ｘ衍射 矿 物 成分 结 果 表 ％
赣东地 区大面积分布有厚几米至几十米不 等的红 色粘 土层 ，以往红粘土用作公路路基填料 ，在工程施 工中问题较多 ，例如 ：当含水量 过高时 ，红粘土像一 包 “ ” 脓 ，施 工成 型 困难 ，难 以达 到规 定 的压 实度 ； 当含水量过低时 ，红粘 土坚硬得像块铁 ，施 工难 以破 碎 ，同样达 不到规定 的压实要求 。由于缺少针 对性 的 处理措施 ，路基 的处理在不得 已情况下 常采用 弃土换 填办法 。以致一条高速公路 的建设产生大量弃 方 ，需 征用 大量 土地堆置 ，同时还得修建环保工程 ，不仅 工 程施工进度受到影响 ，而且还大大增 加 了工程建设 费 用 。为此 ，结合沪瑞高等级公 路工程建设项 目，通过 对红粘土取样进行试验分析 ，提出处理方案 ，铺筑试 验段 ，并 跟踪检测 与验 证 ，以保证红粘 土作 填料 的高 等级公路路基质 量 良好 。
表 ６ 掺 入 外 掺剂 后 Ｓ４层 素 含 Ｃ一 土
／ ％
／ ｈ ， ％
堡
／ ｈ
皇
， ％ ／ ｈ ， ％
次 水量／ ％ 时 间 含水量 时 间 含水量 时间 含水量
要 解 决红 粘土 作 为路 基填 料 的不 良因素关 键 在 于使其 高含水量 降至要求范 围之 内 ，同时应改善其 塑 性特征 ，使其高塑性指数 降至要求 范围。处理方案 选 用 Ｎ Ｓ一 Ｃ ４固化剂 ，按不 同掺 比进行试验研究 。 ３ １ Ｎ Ｓ ４固化剂与土粒作用机理 ． Ｃ 一 Ｎ Ｓ一 Ｃ ４固化材料 与土粒 混合 后会 发 生一系 列 物 理化 学 变 化 ，其 主 要 矿 物 Ｃ Ａ、Ｃ Ａ ａ 水 化 反 应 时 ， 均形成含结晶水 的钙矾石 ，这一生成物其结 果是将 土 体空隙 中大量 的液态水变成矿物成分水 ，即将 结合水 与 自由水 以结 晶水 的形式 固定下来 ，使 土中含水量 迅 速 、大量降低 ，从而为红粘土作为路基填 料创造 了十 分有利 的条件 。同时 ，钙矾石晶体 的形成 加强 了粘粒 之间的联结 ，减少 了粘粒 的含量度 ，改变 了其粒度 成 分 ，提高 了塑 限 ，降低 了塑性指数 ，同时改善 了土体 稠度 ，增加 了可压实性 ，这是红粘土经施 工压实后 能 获得较 高强度和稳定性 的重要 因素 。
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３ ０・
全国中文核心期 刊
路基 工程
２０ ０ ７年第 ３ （ 期 总第 １２期） ３
高等 级 公 路 路基 红粘 土 填料 试 验 研 究 米
黄 俊 龚 南 生
李 晓键
（ 江西省交通设计 院 江西南 昌
３０ ０ ） （ ３０ ２ 江西省赣州市公路局）
３ ２ Ｎ Ｓ一 ． Ｃ ４固化 剂 对 红 粘 土 的改 性 试 验
当含水量处于最佳含水 量 的 ± ２％ 时，进行 摊铺 与整平 ，以 ５ 振动压路机先振动碾压 ３遍 ，再静压 ０ｔ ２遍 ，随即进行压实度检测 ，检测结果见表 ７ 。 由试验结果可知 ，红粘土加入外掺剂 后 ，压实度 能满足高等级 公路上路床的要求 。
４ 试 验 段 处 理 与 施 工
试验 段采 用 固化剂 Ｎ Ｓ一 Ｃ ４对红 粘 土进行 改性 ， 按照４％ 、６％两 种剂 量试 验 ，路 基宽 ６ ｍ，处 治层 厚度分两层 （０ｃ ２ ｍ） ２ ｍ＋ ０ｃ ，两段共 １０ｍ。 ２ 施工采
用路拌机翻拌和粉碎 ，直至均匀后 闷料 ，每隔数小时 测试一次含水量 ，含水量测试结果见表 ６ 。
２ ２ ９ ５ ９ ８ １ ８ ． １ １８ ．７
５ 结 语
通 过室内试验分析和试验段施工 ，证 明采用 Ｎ Ｓ Ｃ ４固化剂可 明显减少 红粘 土过高含水 量 。对于 不同 成土母 岩类 型的红粘土 ，只要选用合适 的固化剂 ，配 合比得 当 ，合 理施工 ，利用 不 良性 质 的红粘 土作 为高 等级公 路路基填料 ，是能够满足规范要求 的。
２ 试 验 结 果 分 析
的重 要 原 因 。
表 ４ 红粘 土 物理 、力 学指 标 测 定值 表
２ ２ 物理 、力 学指标 ． ２ ２ １ 液限与塑指特征 ．．
江 西 省 交 通厅 重 点 科 技 攻 关 项 目 （９ １ 。 ９ ０ ）
黄
俊 ，男 ，高级工程 师。
《 公路路基设计 规范》 明确要求 ，天然稠 度小 于 １１ ． 、液限大于 ４ 、塑性指数大于 １ ０ ８的粘性 土 ， 用作 高速公路上路床填料时 ，应采用各种措 施使之 达到重 型压实标准 的压实度 。通过取样 试验 （０组 ） ３ ，红粘
摘 要 针 对沪瑞 高等级 公路 江西境 内梨温段 的红粘 土地层 ，通过取样进行试验研 究，为合理 选 择 红粘土的处理方法提供依据 ，从 而使红粘土 用作 高等级公路 的路基填料获得成功。 关键词 红 粘土 路基填料 处理试验 分分析 、粘度成 分分析和物理 、力学 指标测定 。 （ ）红粘土矿物分 析。红 粘土 的矿物分析 采用 ｘ １ 射 线衍射 分析法 ，其分析结果见表 １ 。 （ ）红粘 土化学 分 析。对 所取 样 品进 行 ｘ衍 射 ２ 分析 的同时 ，进行化学全分析 ，其结果见表 ２ 。 （ ）红 粘土 粒度 成分 。红粘 土 的粒度 成分 主 要 ３ 以筛析法和 比重计法进行测定 ，粒度 成分划分 以我国 公路路基土粒组划分为标准 ，分析结 果见表 ３ 。 （ ）红 粘 土物理 、力学 指标 测 定。根据 《 路 ４ 公 工 程土工试验规 程》 （Ｔ—９ ）相关 规定 ，测得红粘 ＪＪ ３ 土的物理 、力学 指标见表 ４ 。
通 过取代 表性 的碳酸盐形成的红粘 土 ，与 Ｎ Ｓ一 Ｃ ４固化剂采用 ３％ 、４％ 、６％ 、８％ 的掺 比进行改性 试验 ，其试验 测定值 见表 ５ 。
表 ５ 红 粘 土 改性 试 验物 理 力 学指 标 表
剽
图 １ 红 粘 土 液 限 与 塑指 概 率 分 布 图
２ ２ ２ Ｃ Ｒ强度 特征 ． ． Ｂ
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黄
俊 等 ：高等级公路路基红粘土填料试验研究
・ １・ ３
土 的液 限与塑指 概率分 布 ，见 图 １ 。从 图 １可知 ，按 液 限与塑 指指 标要 求 ，红粘 土 可作 上 路 床填 料 的 占 ３ ０％ ，不可作上路床但可作路堤 填料 的多 达 ５ ． ％ ， ３４ 属不 良土质的 占 １． ％。 ６６