实例探析高速公路红粘土路基施工技术

冉利军

(黔南州交通建设公司)

1 前言

红粘土工程性质独特，属于典型的特殊土，红粘土工程上的特殊性主要体现在其具有高含水量、高塑性比、较高的孔隙比、密度较低、压实性较差的物理性质，但力学性质良好，其强度较高、中低压缩性较好。因而在工程界，红粘土常用于天然地基的处理和建筑材料上。厦蓉高速是一条连接厦门至成都、全长达2 295 km的国家级高速公路，2009年新开工建设。由于厦蓉高速跨越福建、江西、湖南、广西、贵州和四川五省，其高速公路沿线均分布有红粘土，初步估计路基填筑中涉及的红粘土超过5 000万m3。

2 红粘土的工程特性

红粘土WL一般大于50，多为冲积、冲洪形成，主要发育于地形舒缓、波状起伏的剥蚀夷平台地、岩溶盆地及岩溶谷地两侧丘陵坡脚，因为对工程性质复杂难以把握而易引发大量边坡失稳﹑地基不均匀变形、构筑物变形、路面开裂、隆起等工程病害。红粘土上部由地表向下质地坚硬，厚度一般为10～20 m，最厚区域达到30 m，占红粘土层的大部区域。由于红粘土塑性比率较大，红粘土可塑状态，流塑状态和软塑状态只占其中一小部分。红粘土主要发育于近下槽底部和伏基岩面的溶蚀沟等处，多呈透镜体状。

红粘土化学成分主要为二氧化硅和三氧化二铝，成分比率取值一般在70%～76%，见表1所示。红粘土成分中由于大量石英的存在，使得红粘土具有较为稳定的化学性质，其主要表现在具有很强的抵御水的能力，风化对其作用效果也不明显。高岭石水稳性能较好，并且可塑性较低，压缩性较小，亲水性不良。综上可以看出红粘土具有土体液限指标高，塑性指数高、难失水的特点。

厦蓉高速宁道段地处湖南境内，全长91.73 km，沿线分布有大量高液限红粘土，其公路沿线红粘土具有以下显著特征:土质较为均匀，土体质量较好较为细腻，粘性强。其粘粒含量高达89.2%，根据厦蓉高速宁道段施工单位提供的室内土工试验数据红粘土主要物理性质指标，见表2所示。由数据可知:红粘土天然含水量随地表深度的增大而增大，一般接近于土体塑限含水量。红粘土孔隙比大约为1左右，饱和度较大，平均为88.6%，最大干密度范围取值较大，为0.85 ～1.81 g/cm3。

红粘土主要力学性质指标表见表3所示。根据室内土工试验可以看出，厦蓉高速公路宁道段红粘土具有以下力学特征:(1)压缩模ES值平均为8.5MPa，属于低压缩性土;(2)自由膨胀率约为46.6%，可见红粘土具有较强的抗剪强度指标，土体粘聚力值与粘性土相比取值较大。

表1 厦蓉高速红粘土化学成分分析表

表2 厦蓉高速红粘土主要物理性质表

表3 厦蓉高速红粘土主要力学性质指标表

3 高速公路红粘土路基施工要点

3.1 冲击夯实、强夯处治

路基压实的程度直接决定了路基的沉降量，在路基施工过程中为了使路基本体和地基的沉降量都达到最小，需要进行充分冲击，形成一个有效整体并使其紧密结合以减小路基的沉降，避免路基结合部纵向裂缝的产生。遇到红粘土地基时推荐使用冲击碾压夯实的方法对路基进行补强。冲击碾压施工可使原有路基与新建路基很好地结合，提高路基压实度的同时增加了土体抗剪强度，使路基本体沉降达到最小，可避免结合部因碾压不足出现不稳定滑动面。

本着节约工程建设经费，保证红粘土路堤的施工质量和进度，项目部试验室就红粘土的最大干密度和最佳含水量干土法和湿土法试验方法进行了大量比对试验。

干法击实试样制备:取烘干代表性土样，根据塑限预估最佳含水率，制备5个不同含水率的一组试样，润湿一昼夜，相邻两个含水率的差值为2%。

湿法击实试样制备:取天然含水量的土样作为第一个击实试样，将其他土样分别风干到几个不同的含水量，含水量分别控制在2% ～3%左右，每个土样应浸润2昼夜使土样均匀。

K53+500干法击实试验数据，见表4。

表4 K53+500干法击实试验数据

K53+500湿法击实试验数据见表5。

表5 K53+500湿法击实试验数据

图1 干法击实曲线

图2 湿法击实曲线

从以上实验数据的比较知道，不同的击实方法获得的最大干密度和最佳含水量有明显的差别，表明红粘土的击实特性与试样制备过程中含水率的变化过程关系密切。造成这些不同的原因，从微观上分析，干法制样在烘干的过程中，破坏了红粘土颗粒之间的结构，特别是颗粒之间的胶体也被破坏，极大的改变了红粘土的特殊性。而湿法制样仅仅是通过风干等方法降低含水率到一定程度，最大限度的保留了土中胶体物质及内在结构，并且湿法制样和现场压实时含水率的降低方法相同，相对来说更接近施工实际情况。

两种方法在路基压实的现场测试有很大的差别，比如路基压实时测得土的干密度为1.58 g/cm3，用湿土法压实度就是98%，但是用干土法数据就变成了96%，而98%才是实际的压实度。如果用干土法的实验结果就会给施工造成不必要的浪费。

因此，只有试样的含水率变化过程与实际施工工艺一致的湿法击实试验结果，才能用来评判红粘土的现场压实质量，若采用干法击实试验获得的最大干密度控制现场压实度，将出现压实良好的填土其检测压实度偏低的现象。

根据厦蓉高速公路宁道段的现场施工经验以及实验相关数据，可知红粘土路基在使用冲击夯实时可使压实度达到98%。在宁道段路基施工中，施工队伍普遍采取了强夯机。在机械作业时牵引机带动压实机压实轮滚动，使土体从上部至下部深层随着压力波的传递得到压实。压实轮轮廓以非圆曲线对地表施以揉压。在施工前先选择了具有代表性的路段作为试验段，设置试验段的目的是对机械的行走速度、影响深度、沉降量、行走遍数等进行实际分析归纳。对于厦蓉高速红粘土路基的处理普遍采用25 t机械对深度为1.0 m填方段路基冲碾补压，4层土体分成5～7遍重复碾压。通过采用冲击式压路机对路基进行冲碾补压施工，加速路基沉降使路基压实度得到提高，最大限度地缩短了路基自然沉降的时间，节省了工期，提高了工作效率，有效地减少了路基的沉降变形。

3.2 路基边坡稳定处置

红粘土天然含水量较高，土体基本接近饱和状态，人工开挖形成边坡后，坡面红粘土临空面附近土体表面随着时间增长含水量将不断降低，土颗粒外围自然水膜变薄，土体失水，土颗粒间拉应力增大，产生土体收缩，进而形成初始裂缝区。红粘土发育区，路基及边坡施工应尽量避免在雨季进行，否则必须及时进行有效的防护、排水。初始裂缝的形成使得更深范围的土体暴露，形成新的自然水膜，水膜形成后依旧接触外部空气，水膜变薄，水分向外逐渐转移。这种反复发生的过程将使得临空面土体裂缝进一步加剧，裂缝最终变得更深更宽，土体整体抗剪强度急剧降低，引起红粘土体向临空面塌落滑塌。为了稳定红粘土路基边坡，应保证土体湿润，防止土体产生失水收缩，必要时采取快速施工、快速封闭，保证红粘土不发生失水。

[1]谭罗荣，孔令伟.特殊岩土工程地质学[M］.北京:科学出版社，2006.

[2]吴立坚，钟发林，吴昌兴，等.高液限土的路用特性研究[J］.岩土工程学报，2003，25(2):193-195.