云南紅黏土路用工程特性及處治措施0001

云南紅黏土路用工程特性及處治措施摘要：通過對云南不同地區(qū)的紅黏土工程特性進(jìn)行分析對比，指出紅黏土的共性及地區(qū)差異，結(jié)合工程實際提出紅黏土填料選擇的評價、紅黏土地基對基礎(chǔ)危害、紅黏土對路基邊坡穩(wěn)定的危害，并通過工程實例給出處治方案及注意事項。關(guān)鍵詞：紅黏土；特性；處治；0.引言0.1簡述紅粘土是由碳酸鹽類巖石或其他富鐵巖石在濕熱氣候條件下風(fēng)化形成的，一般呈褐紅色。云南地區(qū)主要分布于昆明、文山、紅河州地區(qū)，均為喀斯特石灰?guī)r分布區(qū)。紅黏土地區(qū)進(jìn)行路基填筑、邊坡開挖、基礎(chǔ)施工如不采取一定的處治措施會給工程實體帶來危害。本文通過對昆明滇中產(chǎn)業(yè)區(qū)小哨公路、文山平文高速公路、文山廣那高速公路紅黏土進(jìn)行的土工試驗，對比分析上述地區(qū)紅黏土的工程特性，并結(jié)合上述項目實施中出現(xiàn)的對工程的影響，提出相應(yīng)的處治措施。1.云南不同地區(qū)紅黏土土工試驗及特征1.1土工試驗指標(biāo)對比注：表中CBR值、膨脹率為按《公路土工試驗規(guī)程》(JTGE40-2007)中T0134-1993試驗方法而得；其中CBR值為便于比較，統(tǒng)一按達(dá)到94%壓實度時所對應(yīng)的承載比。1.2土樣外觀及性能：1.3云南紅黏土性能分析：顆粒組成：V0.075mm以下含量占土體質(zhì)量的50?70%，細(xì)顆粒比重大，土粒比重小。液限、塑性指數(shù)：液限普遍在50?93%，塑性指數(shù)大；天然含水率高。4d浸水CBR值昆明小哨公路膠泥塊狀的紅黏土較高達(dá)到12.5%；文山地區(qū)疏松狀紅黏土CBR值均較低，達(dá)不到規(guī)范要求的3%的要求或剛好滿足，最大干密度較??；地基承載力普遍較小。膨脹性：均具有膨脹性，特別是文山廣那高速公路土樣膨脹率＞8.3%(注：此值因膨脹量大導(dǎo)致CBR試驗時百分表滿量程，即120mm高試件浸水4d后至少膨脹了10mm導(dǎo)致，實際膨脹量在12.3%左右)。地基承載力：普遍承載力在50-130kPa之間；另一顯著特點是：紅黏土層開挖后，無論是1m、3m或更深深度地基承載力不隨著開挖深度而增加，不同深度的承載力基本相同。土體特性：均存在天然含水率高，經(jīng)太陽暴曬失水后體積縮量大的特性；對于昆明地區(qū)膠結(jié)狀態(tài)紅黏土失水后堅硬，難于分散，透水性為不透水；對于文山地區(qū)紅黏土顆粒間基本無聯(lián)結(jié)，疏松、易散落，經(jīng)太陽暴曬失水后有蓬松感，開挖坡面受太陽雨水綜合作用，出現(xiàn)收縮、表面疏松脫漏的特性；1.4紅黏土的工程危害從上述試驗數(shù)據(jù)可以看出，紅黏土土性復(fù)雜，不同地區(qū)的紅黏土的力學(xué)性能是有差異的，從CBR試驗可以看出，昆明小哨的土樣CBR值達(dá)到了12.5%，完全顛覆了紅黏土遇水軟化的普通認(rèn)識；紅黏土地區(qū)公路施工主要分為紅黏土地基的處理、紅黏土填料的適宜性分析、邊坡處治方案，現(xiàn)結(jié)合工程實例將相關(guān)處治方法及檢測方法闡述如下。工程實例云南省平遠(yuǎn)街至文山高速公路，全長32.5km，我部負(fù)責(zé)實施指揮部中心試驗室；項目地處滇東南，該地區(qū)典型喀斯特地貌；紅黏土厚度平均為4-6m，最厚達(dá)8-10m，紅黏土下為石灰?guī)r地貌，石筍、石芽發(fā)育。2.1紅黏土填料利用評價從上述表中可以看出，該地區(qū)紅黏土CBR強度不足，具有一定的膨脹性，故我方建議為直接廢棄處理，實際中亦按此實施；但k26+200-k26+400段挖方，該挖方土質(zhì)為土石相間，即石灰?guī)r的巖體周邊分部有大量的紅黏土，開挖中不容易分離出來，因該標(biāo)段路床設(shè)計為碎石土，施工方采用破碎機進(jìn)行破碎后作為碎石土使用，由此帶來的問題是利用開挖土石生產(chǎn)出來的碎石土其含土量是變化，我們需要找到一個界限作為施工中材料質(zhì)量的控制點，為此我部利用此料場生產(chǎn)的碎石及土樣按照不同比例進(jìn)行參配進(jìn)行CBR試驗進(jìn)行驗證，其數(shù)據(jù)如上：從表中可以看到隨著紅黏土的添加膨脹率不段增加，CBR值降低；最終綜合考慮路床填料需要具有一定的透水性，采用30：70作為控制上限，超過這一含量的進(jìn)行二次匯合后使用，施工中因部分碎石超過40mm采用沉降差法控制施工壓實。成型1km后檢測彎沉、回彈模量。結(jié)果如下：從左側(cè)表中可以發(fā)現(xiàn)，所用碎石土滿足技術(shù)要求，為較好的填料，目前該項目已經(jīng)通車1年，今年回訪路基穩(wěn)定。紅黏土作為填料的探討：紅黏土利用為填料主要有物理改良（摻加碎石）、化學(xué)改良（添加水泥或石灰），作為本人經(jīng)歷的上述幾個項目的最終決策，均選擇廢棄的方案，原因如下：可行性：對于開挖后呈膠結(jié)狀態(tài)的土樣，有很強的塑性，失水后堅硬的土樣，即使土的強度滿足要求，因分散困難亦不適合利用，如文中昆明小哨公路土樣直接廢棄處理。經(jīng)濟(jì)性：利用添加水泥或石灰對紅黏土進(jìn)行改良，其改良工藝其實與生產(chǎn)水泥穩(wěn)定土工藝是一樣的，改良費用比借土填筑高，一般不宜使用。質(zhì)量風(fēng)險：采用紅黏土或改良的紅黏土均存在因改良工藝與預(yù)計有偏差，導(dǎo)致改良失敗的風(fēng)險。2.2紅黏土地基紅黏土地基主要分為紅黏土地基上路基填筑和構(gòu)造物基礎(chǔ)施工。紅黏土土層一般地表范圍內(nèi)有2-8m厚，土層下石灰?guī)r起伏分部，經(jīng)開挖檢測承載力實際不同深度的承載力均基本相同，不同于其他土層承載力隨深度增加而增加。承載特征值在90-120kPa之間，與一般路基需要達(dá)到150kPa的要求有一定的距離，困難在于即使往下開挖亦不解決問題，工程處理換填的工作量太大，不可行；處理方案為清表后進(jìn)行填前壓實，先填筑片石墊層1.0m+碎石墊層0.8m+正常的填筑，依靠片石擠壓紅黏土及路基填料的荷載進(jìn)一步壓實紅黏土；完成片石、碎石填筑后穩(wěn)定10d后再進(jìn)行路基填筑，原則上每填3m高度穩(wěn)定10d再繼續(xù)填筑，在鋪筑路面前經(jīng)歷2個雨季的自然沉降再進(jìn)行路面施工。平文高速公路采用此施工工藝，通車1年以來，路基穩(wěn)定。構(gòu)造物基礎(chǔ)地基，紅黏土地基對構(gòu)造物的危害主要是沉降量大導(dǎo)致基礎(chǔ)下沉、開裂的情況，主要原因由于土體壓縮變形、受水后強度變低所導(dǎo)致；特別是重力式橋臺基礎(chǔ)，部分施工單位在開挖到設(shè)計基礎(chǔ)底后先用壓路機進(jìn)行壓實然后檢測承載力，合格后開始澆筑基礎(chǔ)，作為紅黏土地基在壓路機的作用下僅壓實了基礎(chǔ)底下30cm-50cm深度范圍，采用動力觸探儀檢測的方法未能實際反應(yīng)地基真實的承載力從而導(dǎo)致地基下沉；另澆筑砼基礎(chǔ)后地基不注意排水通暢導(dǎo)致地基泡水軟化亦是導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降的原因。解決辦法：增加基礎(chǔ)墊層：基礎(chǔ)墊層的寬度、厚度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用泡水后地基的承載力進(jìn)行驗算，基礎(chǔ)墊層采用片石+碎石的結(jié)構(gòu)層次。采用群樁基礎(chǔ)：一般紅黏土厚度為2-8m，采用螺旋鉆機鉆直徑50-60cm的孔至灰?guī)r層后澆筑砼，樁間距按照1.5m梅花形設(shè)計；整平所有樁頭后鋪碎石墊層后澆筑整體的鋼筋砼基礎(chǔ)。2.3紅黏土邊坡防護(hù)紅黏土開挖后形成的邊坡病害主要有：邊坡坍塌：邊坡坍塌主要邊坡從坡頂1-5m范圍的土體首先發(fā)生變形、蠕動，在雨水作用下最后從坡頂至坡頂下5m范圍坍塌、土體鼓出。土體剝落：因紅黏土開挖后受雨水、陽光、大氣的綜合作用加之具有膨脹性，經(jīng)過干濕交替過程后表面收縮，不斷剝落，表面疏松，導(dǎo)致邊坡防護(hù)如框格梁脫空、錨索因土體收縮變形導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力失效。解決辦法：邊坡設(shè)計：紅黏土土質(zhì)邊坡不宜采用砼條梁進(jìn)行防護(hù)，根本處理方法為采用緩坡比設(shè)計后進(jìn)行植物防護(hù)，平文高速公路部分地段設(shè)計為1：1的坡比仍出現(xiàn)坍塌、剝落的情況，后改為1：2的坡比加植物防護(hù)，目前經(jīng)3個雨季，無大的病害出現(xiàn)。邊坡防護(hù)：因紅黏土具有遇水膨脹，失水收縮的特性，不建議采用錨索、框格梁防護(hù);應(yīng)優(yōu)先采用植物防護(hù)；如因地形受限制，邊坡紅黏土較厚，可采用在邊坡腳設(shè)置抗滑樁加板墻限制土體的移動(抗滑樁深度應(yīng)進(jìn)入石灰?guī)r層)。結(jié)語紅黏土作為特殊的土類，具有共性，同時地區(qū)不同亦有各自的特點，在工程實際中填料的選擇應(yīng)從可行性、經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量風(fēng)險綜合分析后選擇去留，作為填料應(yīng)重視填料的膨脹性對工程的危害；基礎(chǔ)施工應(yīng)考慮紅黏土泡水軟化、壓縮量大對工程造成的危害；邊坡施工應(yīng)考慮土體的膨脹、變形的特點，選擇合適的坡比及防護(hù)形式。參考文獻(xiàn)：李向東，鄧新安，尹利華.云南蒙自紅黏土的強度和壓實特性研究.[J].路基工程.2016(2)：41-44；蒙建軍.紅粘土工程特性及地基承載力特征分析[J].公路交通科技，2013年第4期；劉東.楊果林.中南地區(qū)紅粘土工程力學(xué)特性研究[J].公路交通技術(shù)，2