红粘土地区高速公路路床典型处治结构研究

第37卷第4期2011年12月

湖南交通科技

HUNAN COMMUNICATION SCIENCE AND TECHNOLOGY

Vol．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：U 416．1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

21

4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/

ħ

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

0227．6

25273．961．31

50331．261．05

75389．677．39

100422．573．69

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