红粘土路用性能分析及施工质量控制
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摘要：红粘土是一种特殊的路基填筑材料，其主要特点是天然含水率高，液限高、可压实性差，具有失水开裂、遇水泥化的典型水敏性特征，红粘土路基填筑过程最大隐患是产生形变和裂缝。本文结合武汉市某市政道路施工情况，通过试验分析研究红粘土路用性能及其压实特性，探索承载比与压实度关系，提出施工质量控制建议，为其它红粘土路基处治提供借鉴。
关键词：城市道路； 红粘土； 裂隙性、收缩性； 路用性能试验；
中图分类号：[TU997]文献标识码： A
1 前 言
红粘土是指碳酸盐类岩石，在温湿气候条件下经风化作用后形成的褐红色粉土或粘性土，具有天然含水率高，液限高、可压实性差等特点，液限通常大于50%。其物理力学特点及指标范围见表1.1。
表1.1红粘土物理力学性质指标
图1.1红粘土特性描述
水敏性是红粘土路基产生裂隙和收缩的诱导因素，“吸水软化，失水开裂”是其典型的水敏性特征。如图1.1，红粘土路基在水分的侵蚀下，土的物理力学性质发生明显变化，而这些变化正是导致路基沉陷、纵裂、浅层滑塌等病害发生的根本原因。
2 试验研究
试验土样取自武汉市某市政道路工程第2标段局部施工区域，为红褐色粘土。研究过程中参照JTGE40-2007《公路土工试验规程》对土样进行了含水量、密度、液塑限测定、承载比（CBR）、自由膨胀率等室内土工试验测试，结果见表2.1。
表2.1现场土样的基本物性指标
2.1 测试结果分析
塑性是综合反映细粒土粒度组成、矿物组成及阳离子成分等方面的灵敏指标，主要通过塑限、液限以及塑性指数来表示，它们充分反映水对细粒土性质的影响。塑性指数则主要与粘粒含量与矿物成分有关。因此，细粒土用土的塑性图来进行分类，如图2.1。
图2.1塑性图
分析数据可以看出，上述两个取土点土样的液限在50%以上。根椐JTEG40-2007《公路土工试验规程》3.5特殊土分类及塑性图可知：红粘土富含铝铁，天然状态下呈团粒结构，大部分塑性指数偏低，在A线之下。由此可知位于A线以下且WL>55%，属于高液限粉土（MHR），即红粘土。对于落在A线以上的红粘土，其矿物成分中混入了一定量的蒙脱石和蛭石等亲水物质，此类红粘土与A线以下的有明显区别，有一定膨胀性，不能直接用作填料。
2.2 红粘土的力学特性
红粘土的力学性能是通过土的承载比（CBR）值体现出来的。确定CBR值，首先要通过击实试验确定土的最佳含水率和最大干密度。
2.2.1击实试验
根据JTGD30-2004《公路路基设计规范》7.7.2说明，该实验在确定土样的最佳含水率和最大干密度时采用了湿法重型击实试验。土样的含水率与干密度的关系曲线如图2.2所示。土样击实曲线比较平缓，其最佳含水量较高，土样可以在一个较宽的含水率范围内达到要求的压实度，从而有利于施工中控制含水率。
图2.2含水率与干密度关系曲线图
2.2.2土的承载比（CBR）试验
采用湿法制作在最佳含水量附近的重型击实试件，按照JTGE40-2007《公路土工试验规程》中承载比（CBR）试验测试其CBR值，该工程两标段土样的CBR值均能满足规范规定的上、下路堤的最小强度要求（分别为8%和5%）。
为进一步了解红粘土CBR值与含水率、压实度的关系，更好地指导路基施工，取该标段土样做了不同含水率的CBR试验，结果见表2.2。从试验结果可以看出，土样的CBR值在略大于最佳含水率的时候达到最大值。在含水率为28％～35％时，CBR值较稳定，在9％～14.8％之间，都大于规范规定的上、下路堤的最小强度要求，但当含水率为大于35％时，土样的CBR值、压实度逐渐下降。
表2.2土样承载比（CBR）试验结果
根据JTGF10-2006《公路路基施工技术规范》，红粘土在达到湿法重型压实标准后，虽然干密度达到最大，但饱和度Sr一般小于80-85％。在路基后期运营过程中，随着时间的推移，路基必然吸水，使得土体膨胀，压实度降低，长时间后造成路基不稳定、强度降低，路基强度甚至达不到设计和规范要求，产生严重质量隐患。根据路基压实原理，同时结合图2.2中含水率与干密度的关系图可知：在接近最大干密度情况下，同一干密度对应两个不同的含水率，而在较高含水率进行压实时，相对比在较低含水率压实时获得较高、较稳定的CBR值，路基的水稳定性也相对较好。综上分析得出：红粘土路基施工碾压时的含水率，应在保证压实度的情况下，以略大于最佳含水率为宜。
3 红粘土路基施工质量控制
大量的研究证实，对于工程特性较好的红粘土可以直接作为路基填料，但要注重碾压工序。而工程特性较差的红粘土不能直接填筑，填筑过程中需要进行处理。根据JTGD30―2004《公路路基设计规范》、JTGF10-2006《公路路基施工技术规范》规定红粘土作为填料直接填筑时，应符合下列规定：液限
3.1红粘土的处治改良技术
不能直接进行填筑的红粘土，必须进行处理，才能作为路基填料。红粘土的处理措施主要有以下几个方面：
（1）置换改良：掺加砂砾改善高液限土（红粘土）的液限、塑性指数以及CBR值，当粗粒料含量大于35％时一般能达到标准土质的填筑要求。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30 cm 的厚度，改用其他好粘土、砂土、灰土、粉煤灰等材料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。
（2）碎石良：碎石应采用大颗粒单级配，不得采用连续级配碎石，由于连续级配中的碎石很难与红粘土土体充分拌合均匀，反倒对路床的均匀变形产生不利影响。对于强度等级要求较高的路床，当所用碎石比例大于60%时可以达到较好的改良效果。此外，可适当增加砂砾含量，随着砂砾含量的增加，可以更好的抑制裂缝的产生，路基的抗裂性能也相应提高。
（3）化学改良（掺入石灰、水泥等外加剂）：对于较分散的土体，可掺加生石灰粉或消石灰水充分拌合均匀。对于土块较多，含水量高的土体，可将红粘土在路基填筑面上分做若干土堆，堆顶留成火山口状凹型，将经过计算的生石灰块放置其内，并加适量水，然后用土封口，令其在土体中消解。消解时产生的高热将大量消耗土体中原有水分，从而达到降低土体含水量的作用，使其尽快达到易于分解的状态。为达到更好的效果，可在其消解过程中，增加几次翻拌过程。通过石灰良可有效降低土体含水量，提高强度，同时又可降低塑性指数，提高路基水稳定性。
（4）包边法：将不能直接填筑的红粘土进行隔水封闭，外包材料为水稳定性较好的低液限粘土、石灰土等，CBR 应符合规定。严禁用粉土、砂土等低塑性土包边。包边土厚1.5 m 左右，夯实后可防止坡面开裂及地表水的渗入。对于高路堤也可采用土工格栅加固边坡，约束红粘土的侧向膨胀。但是对于碾压稠度偏低（
3.2红粘土路基施工的注意事项
在施工准备阶段首先应通过对不同的含水率和击实功室内试验分析，明确红粘土含水率、击实功与密度的关系及CBR 的变化范围，为施工提供依据。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。施工中应注意以下几方面：
（1）路堤填筑前应设置临时排水沟槽、防渗设施及截水沟，雨季施工及时疏干地表水。
（2）雨季施工时，应防止松土被雨淋湿。施工中应保持作业面横坡不小于3％。雨后填筑区应经翻晾、重新压实合格后方可进行下道工序施工。
（3）填料应随挖随用。摊铺后必须及时碾压，做到当天摊铺当天完成碾压。
（4）路堤填筑应连续，碾压完成后，应采取措施防止路堤作业面曝晒失水。
（5）根据实践经验，红粘土的压实机械自重宜在18 t左右，碾压厚度宜控制在30 cm以内。
4 结 论
（1）目前在国内道路工程中，对于液限值大于70％的高液限粘土，其CBR强度难以达到要求、膨胀量较大，不能直接作为路基填料。在该市政道路工程第2标段局部区域所应用的土体填料液限均小于60％，根据试验情况，土样具有较高的CBR值，无膨胀性，CBR值和压实度均能满足设计、规范要求。说明红粘土具有较高的力学强度和较低的压缩性，通过在施工过程中严格控制各项指标，并加以处治可以成为一种良好的路基填料。
（2）在处理红粘土这类特殊土时，要紧密结合路基工程的特点，对不同区段严格进行土工试验测定，通过试验段探索合适的压实标准及相应的压实工艺。在同样压实度情况下，在较高含水率下进行压实能获得较高、较稳定的CBR值和高饱和度，从而使土体获得较好的水稳定性，有利于路基的长期稳定性。
（3）对于不能直接作为填料的红粘土，必须进行置换、碎石土或化学改良处理。同时在施工过程中应采用边坡防护、包边法和土工织物包边等封闭防水措施，以更有效的使红粘土路基含水率保持稳定，从而保证路基性能的基本稳定，防止和减少红粘土路基的形变和裂缝的产生。具体的封闭防水措施，需要通过铺筑试验段，同时参考其他的工程实践与经验总结来进一步确定。
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