路基工程中红粘土的处理方法

路基中红粘土的处理方法 在公路工程勘测和施工中～不论是高原和山区～还是平原和丘陵地区～常常会遇到分布不均 、厚度不等的红粘土土层。红粘土虽然强度较高～压缩性较小～但因与岩溶伴生～且含水量 、液限均较一般粘土高～具有涨缩性等～因此常被称为“有问的土”或特殊土～红粘土路 基也被称之为特殊土路基。当其含水量高于塑限时～无论是作为路堤填料～还是作为路堑段 地基都需要进行必要的处理～其处理方法主要有垫层置换法和土性改良法。 1 垫层置换法 路堑地段的红粘土路基～一般位于红粘土土坡、丘的下部～含水量往往超过了最佳含水量～ 因此很难达到95%的压实度。当施工期间的气候条件不利时～可采用垫层换填处理～即将路 基基底超挖不小于30cm的厚度～改用其他好粘土、砂土、灰土、粉煤灰等铺填碾压密实 后形成置换垫层～并做好防水处理～然后再在其上进行路面工程施工。这样不仅解决了压实 度的问题～进一步提高了路基强度～而且可以消除红粘土的膨胀性对路面的影响。我国公路 工程曾采用石灰和粉煤灰按2?8重量比配制～经搅拌碾压形成二灰 垫层～作为红粘土路基～ 其效果甚佳。 2 土性改良法 2.1 石灰改良法 对不适宜作路堤填料的红粘土可通过掺加3%~5%石灰进行土性的改良。对路堑地段的路基～ 也可将基底翻松～然后洒石灰水或消石灰～并随即压实来消除红粘土的膨胀性。当石灰掺入 到红粘土中后～石灰就会在水中溶解为Ca2+和OH-～增大了土中的pH值。由于Ca2+交换能力较 强～可将高岭石、伊利石等粘土矿物吸附的Mg2+、K+、Na+交换出来～从而减少 了土的塑限 ～使双电层即结合水膜厚度变薄～土的含水量降低～胶体老化～塑性减小。例如～高岭土吸 附二价钙离子比吸附一价的钠离子～液限降低15%～塑性指数从21减少到11～减幅达50%～缩 限也从26.8减少到24.5。随着土塑性幅度降低～红粘土的胀缩性也随之消除。同时～粘粒结 合水的减少～使得粒间孔隙内产生负孔隙水压力～土粒向内收缩～粘土粒间的结合力增强。 当这种收缩力超过粒间斥力时～土微粒发生凝聚～土颗粒靠得更紧～出现团粒化现象～土中 小于2μm的粘粒减少～从而减少了粘土的分散性。 阳离子交换后～随着龄期的增长～石灰与土中胶质SiO2和胶质Al2O3发生反应～形成 复杂的 化合物～如硅酸钙水合物等。有的硬化后～形成晶体穿插在粘粒之间～与粘粒粘结形成网状 结构～这种固结反应使粘粒联系更加紧密～进一步改善了土的物理力学性能～使得改良后的 红粘土的强度增大并长期保持稳定。 除石灰外～还可采用水泥、NCS固化剂等降低土体含水量～改善过湿红粘土的压实性能。 2.2 砂石、粉煤灰等瘦化剂改良法 实验表明～在红粘土中加粗砂、碎石、石屑、粉煤灰、矿渣等瘦化剂也可大大降低红粘土的 液限～减少其塑性～达到土性改良的目的。由于这些瘦化剂材料与红粘土的均匀拌和不易实 现～耗费工时～因此在实践中可采用分层摊铺～即每30cm~40cm厚的红粘土～上铺8cm左右的 瘦 化剂～而后碾压密实～使每30cm~40cm厚的粘土层顶部都形成10cm左右厚的“土结石”层～ 构成“三明治”式的路堤。 3 降低压实度标准 填筑于下路床及上、下路堤的红粘土填料～当进行处理或采用重型压实标准有困难时～可采 用轻型压实标准。对高速公路和一级公路～采用轻型压实标准的下路床～上、下路堤的压实 度分别不小于98%、95%、90%～其他等级道路要求下路床应不小于95%～上、下路堤均要求不 小于90%～零填及路堑路床则要求不小于95%。研究表明～红粘土的结构强度较大～对于稠度 大于1.0的红粘土～特别是具有胀缩性的红粘土结构强度与膨胀能力具有反相关关系～原有 的结构连接被破坏后的扰动土～较原状土具有更大的膨胀和胀缩变形。密实度越高～其膨胀 量和膨胀力越大,在同一密度条件下～初始含水量越低～其膨胀量和膨胀力越大。 红粘土的天然含水量较高～又分布在多雨的湿润气候区～要将土的含水量降到重型击实标准 的最佳含水量十分困难。土质改性、翻晒等～增大了工程成本～工作量大～费时颇多～ 影响施工进度。即使花了很大代价～在施工期间和竣工后～压实的红粘土也可因吸水膨胀而 降低密实度～且压实度越高～吸水后膨胀变形越大。现有的研究还认为～路基建成后～不管 初始含水量如何～在当地自然条件和道路系统影响下～经过自然平衡～其含水量将逐渐稳定 在某一平衡范围～如外界条件不改变～将不再有较大波动。我国现 有《公路路基规范》 和《公路路基施工技术规范》都～对天然稠度小于1.1～液限大于40～塑限指数大于18 的红粘土～用作高速公路、一二级公路的下路床及上、下路堤的填料时～当进行处治或采 用重型压实度标准确实有困难时～可采用轻型击实标准。经翻晒拌和压实后～对压实含水量 ～一些公路部门认为应以平衡含水量为基础进行控制～建议取轻型压实标准时最佳含水量为 ,0.8~0.9,ωp或稠度为1.1~1.3时的含水量～下路床和路基的压实度分别为95%和90%～亦 即要求压实后的干密度达到轻型击实标准最大干密度的95%~90%～稠度为1.1时的含水量恰好 相当于采用重型击实标准～击实度为90%时的最佳含水量。ωc=0.9~1.0则属于可压实的湿粘 土～通过摊铺、翻晒、打碎后～其平均含水量接近于ωc=1.10时的含水量～可碾压密实,而 ωc=0.5~0.9时则为软塑状态的过湿粘土～必须经特别的减水和改性处理～否则不可作为填 料。