红黏土填筑路基施工技术分析.pdf

总655期2023年第25期（9月 上）0 引言高速公路施工中会穿越红黏土地质区域。本文结合某高速公路路基施工情况，通过掺入石灰进行红黏土改良试验，借助石灰改良土试验路，获取碾压速度、碾压遍数、松铺系数、松铺厚度等具体施工工艺参数，结果表明，技术指标均符合现行规范，为后续大面积改良土路基填筑施工奠定了基础。1 工程概况某高速公路项目经过区域存在大量红黏土，试验检测数据显示，红黏土液限高于50%，塑性指数高于26%，不可直接作为路堤填料，需采取相关措施处理红黏土改善其性能。实地勘测和取样后发现，该区域内路基填筑土源缺乏，为节约项目工程开支并提高环保效益需就地取土，可将本区域红黏土作为路基填料。区域不同，红黏土水稳定性、颗粒组成、液塑限指标、物理特性、化学特性等均存在差异，应对不同区域红黏土进行现场取样试验和勘测，针对其属性差异区别改良。土壤改良效果不佳将会导致路基软化、坍塌、不均匀沉降，严重威胁高速公路运营质量，引发交通事故并导致经济损失。现阶段，高液限红黏土改良的措施包括包边法、化学改良法、物理改良法。物理改良法即通过在红黏土中掺入砂砾其他物质改善其强度、塑性指数、液限等指标，使其粗颗粒度满足路基填筑的基本要求。化学改良法为红黏土中加入石灰、粉煤灰、水泥等改变其物理化学性质，提高其结构稳定性，降低含水量和强度值，提高红黏土的承载水平。包边法为采用隔水封闭措施，处理水稳性差和强度低的红黏土，以低液限土封埋改善红黏土性能。本文以某高速公路路基工程为例，通过石灰改良措施对红黏土改良前后的物理性质、化学性能、强度指标等数据进行比对分析，并通过石灰改良试验路段验证改良效果。2 石灰改良土试验分析2.1 试验目的正式施工前，对红黏土改良效果进行了室内试验，通过强度试验、物理性质试验确定改良后的红黏土属性，其中以物理实验对比石灰改良前后红黏土最大干密度、最佳含水率、液塑限指标变化，以无侧限抗压强度试验、CBR试验进行7 d无侧限抗压强度和CBR值的测量，以获得最佳的石灰掺量比。2.2 原状土试验试验所用红黏土来源于该项目路线K24+700右侧取土场，详细性能如表1所示。表1 红黏土的基本物理性质液塑性液限（%）52.20塑限（%）25.40塑性指数Ip26.80击实试验最大干密度/（g/cm2）1.680最佳含水率（%）20.600.075 mm颗粒（%）53.282.3 石灰改良红黏土试验化学改良法是现阶段处理红黏土的常见措施，选取原状土根据比例掺入水泥、石灰等拌和均匀，红黏土与水泥、石灰等充分混合并发生物理化学反应，其原有性能改变，结构稳定性增强。结合路基施工规范，为提高改性红黏土规范性，需掺配生石灰细粉，石灰颗粒需小于20 mm。石灰细粉按09%的比例进行掺配，分别对不同石灰掺量比下的改良红黏土进行7 d无侧限抗压强度试验、击实试验、界限含水率试验和CBR试验。2.3.1 击实试验红黏土中加入不同比例的石灰，土壤颗粒与石灰细分充分混合后发生物理化学反应，使原状土黏土颗粒与微细石灰粉结合成粗颗粒，使其压实度有所改变，收稿日期：2023-02-10作者简介：郭伟（1985），男，山西朔州人，工程师，从事公路工程试验检测工作。红黏土填筑路基施工技术分析郭伟（山西路桥第四工程有限公司，山西 大同 037000）摘要：基于某高速公路路基施工项目，通过石灰改良高液限红黏土试验，探究石灰掺入量对高液限红黏土物理性质的影响。分析结果表明：红黏土中掺入石灰后，红黏土强度增加，塑性指数与液限降低；为满足高速公路对路基路床填料性能的需求，试验得出最佳石灰掺比为7%，7 d无侧限抗压强度为0.64 MPa，CBR值为14.6，其技术指标均达到质量标准；施工现场进行弯沉检测、压实度检测，结果证实，将7%石灰改良后红黏土用于路基施工，可满足现行施工规范要求。关键词：高速公路；石灰改良；红黏土；路床施工中图分类号：U416.1文献标识码：B28交通世界TRANSPOWORLD结构性能增强。根据图1击实试验结果证实：石灰改良后，红黏土最佳含水量增加，且随着石灰掺配比增加，最佳含水率增大；石灰改良后红黏土最大干密度降低，石灰掺配比越大最大干密度降低越明显；红黏土中加入石灰细分后，黏土颗粒与石灰发生水化反应，导致土壤中水分被消耗，最佳含水率增加，并使其最大干密度值降低。图1 不同石灰掺比的改良土击实试验结果对比2.3.2 液塑限试验红黏土中加入石灰后，红黏土颗粒与石灰粉之间相互作用，完成了颗粒团的离子交换，并形成了絮凝状团粒结构。对图2分析可知：石灰改良红黏土的液限随着石灰掺配比的增加而降低，塑限随着石灰掺配比的增大而升高，而塑限指数则随着石灰掺配比增大而降低。由此可见，石灰改良后的高液限红黏土亲水性能降低，结构稳定性提高，对改善项目工程质量有积极作用。图2 不同石灰掺比的改良土液塑限对比曲线2.3.3 无侧限抗压强度试验及CBR试验对图3分析可知，红黏土中石灰掺配比越高，改良后的土壤7 d无侧限抗压强度值、CBR值越大，即石灰掺配比会对改良土壤强度值产生直接影响。石灰掺配比不足7%，掺入石灰后黏土高液限和塑性指数降低，土壤强度增强，水稳定性提高；石灰掺配比大于7%时，红黏土土壤颗粒中过量石灰沉积，7 d无侧限抗压强度值达到相对稳定值，随着石灰掺配比的增加无明显变化。检测结果显示，石灰掺配比为 7%时对应的 7 d 无侧限抗压强度值为 0.64MPa，而项目设计规范要求路床填料7 d无侧限抗压强度不得低于0.5 MPa，此时改良后的红黏土CBR值也符合高速公路路基路床填料规范要求，故此最终确定最佳石灰掺配比为7%。图3 不同石灰掺比对改良土7 d无侧限抗压强度影响曲线2.4 试验总结室内红黏土改良试验结果证实，石灰掺入红黏土后，其塑性指数、高液限均降低，土壤密实度和强度均得到改善，改良后的红黏土水稳定性提高，项目工程质量有所改善。7 d无侧限抗压强度试验结果证实，红黏土石灰掺配比为7%时，CBR值符合高速公路路基路床填料技术要求，可将7%石灰掺配的改良红黏土作为高速公路路基路床填料。实际操作中，由于现场损耗，石灰掺配量需高于室内试验结果，故将最佳石灰掺配比提高0.5%1.0%。3 路床填筑石灰改良土试验段施工技术要点本项目中高速公路交通等级为特重交通，路床路基共计1.2 m，上路床为0.2 m，其余100 cm厚，分别用碎石、石灰掺配红黏土分层回填压实，路基填筑均符合施工技术规范要求。试验路压实厚度为20 cm，采用路拌法施工，通过试验确定压实度96%时对应的松铺系数、松铺厚度、碾压速度、碾压遍数等指标。3.1 摊铺前现场准备工作试验路段施工前，进行上路堤顶宽度、边坡、中线偏位等情况现场勘测，确保试验路段下承层指标合规。控制好松铺厚度以保障试验路压实质量，撒石灰于路基平面标记网格，并结合汽车拖斗容量准确计算进料量和松浦厚度。3.2 布设土料、初平挖掘机于取土场内挖掘装车，自卸式汽车将土方运输至试验路段，根据现场规划在网格上布料，保持车辆行进速度稳定，保障松铺厚度一致。路基边线间隔10 m插入标志杆，并以边线方向连接标志杆，控制松铺厚度位置捆绑醒目标识，并将其作为推土机初平和布料标准。3.3 撒布石灰、现场拌和以室内改良试验数据为基础，获得7%石灰掺配比29总655期2023年第25期（9月 上）时改良土最大干密度值，并以石灰掺比与施工面积为基础，计算每平方红黏土需要的石灰布料量。1）以专用粉料撒布工程车进行现场石灰撒布工序，并以路拌机沿着纵向方向拌和，保持车辆匀速前进且平稳。2）现场拌和阶段，需确保石灰拌和充分。拌和过程，需对拌和厚度反复监测，结合施工需求对路拌机刀片进行调整。石灰与红黏土拌和均匀后，现场试验人员检测改良后土壤含水量，控制改良含水率在最佳含水率上下2%区间内。3）改良后填料含水率较高，以合适措施进行晾晒以减少含水率，填料含水率不足，则及时用洒水车洒水。3.4 精平石灰改良红黏土充分拌和后，以平地机进行初步平整，随后使用压路机快速碾压，找出平整度不佳位置，再次使用平地机进行平整。局部高低不一处可翻松后，以石灰改良红黏土填充找平后平整，避免薄层贴补。3.5 碾压成型石灰改良土平整完毕后按照初压、振压、终压的顺序进行碾压，用26t压路机进行碾压，确保压实度高于96%。采用进退错距法以压路机碾压，按照静压、振动碾压的顺序进行，先低后高，先弱振后强振，需保持碾压后路基无车轮痕迹。3.6 现场检测以灌砂法进行路基压实度检测，振压完成一次进行压实度检测一次，最终压实度达到96%方合格。施工现场人工开挖取样进行拌和深度检测，室内进行无侧限抗压强度的检测，同时使用EDTA滴定法对石灰用量进行检测，同时以5.4 m贝克曼梁弯沉仪进行路基弯沉检测。3.7 石灰改良土试验路段检测结果1）施工机械设备包括平地机1台，推土机1台，26 t压路机1台，石灰撒布车1台，路拌机1台，挖掘机3台。2）压实度检测详细数据如表1所示。3）对图4分析可知，压路机静压、振压后的压实度为97.1%，基本符合路基路床压实度不得低于96%的标准，因此确定石灰改良红黏土碾压工艺为静压1遍后振压3遍重复静压1遍。4）试验路段间隔20 m取测量断面，每个断面选取7个测量点，计算平均摊铺厚度，结果为25.6 cm，平均松铺系数为1.24。5）EDTA法对现场取样的混合料进行石灰剂量检测，结果显示石灰剂量均值为7.3%，证实改良土壤拌和均匀。施工后第二天进行试验路段路基弯沉试验，结果显示试验路段弯沉值达到设计标准。4 施工注意事项此次试验证实石灰改良红黏土路基填土方案基本符合施工工艺要求，为后续施工提供了详细的参数指导。但仍需要对以下几点重点关注：1）选择合适的气候条件施工，避免大风、大雨条件下施工导致石灰撒布量增大，增加工程原料成本。2）石灰原材料进场需严格检测，控制检测频率，确保石灰质量高于三级，石灰进场后尽快施工，避免固结。3）加强试验路段摊铺厚度检测，以插钎法检查并确保铺土厚度达标。4）控制混合料含水量，以确保石灰改良施工效果。改良土填料含水量过高，选取合适措施晾晒，含水量过小以洒水车洒水，确保含水率在最佳含水率上下 2%范围内。严密检测施工现场，对碾压中出现松散、起皮、弹簧等现象及时处置，确保压实质量。5）半幅施工养护，另半幅作为施工便道提高施工便捷性。5 结论综上所述，石灰掺配会显著影响红黏土性能，降低其液限、塑性指数，提高其强度与水稳定性，改善工程施工质量。1）石灰掺入后红黏土工程性能有所改善，基本满足高速公路路基路床填料技术规范要求，最佳石灰掺比为7%；（下转第69页）表2 压实度检测数据统计结果碾压遍数取样数/个最小值（%）平均值（%）标准差保证率（%）代表值（%）第1遍（静碾）第2遍（振碾）8.091.9092.700.7095.092.20第3遍（振碾）8.094.4095.300.5095.094.90第4遍（振碾）8.096.3097.600.7095.097.10图4 压实曲线图30交通世界TRANSPOWORLD素引起沥青路面损坏。3 道路改造沥青路面施工质量控制关键3.1 温度控制沥青混合料对温度的要求较高，在整个施工作业过程中均需要做好温度的控制，温度过高会使沥青材料的质量受到影响，温度过低则会使得沥青出现凝固反应。因此需科学控制整个施工作业过程的温度，其中包括环境温度、设备温度等。沥青摊铺作业过程中，加热材料温度应控制在150 以上，在运输阶段至出机阶段，温度误差应控制在10 范围之内。如果沥青混合料的出机温度在200 以上，则无法在路面施工作业阶段使用。例如，在本次项目作业过程中，为保障路面作业质量，应控制集料的加热温度在200 左右，沥青混合料的加热温度在 160 左右，控制出机温度在170 左右。原料运输到现场时温度为170 左右，摊铺作业阶段，控制温度在165 左右，初压阶段的混合料温度控制在150 左右，复压温度指标控制在120 左右，终压温度控制在90 左右。通过科学的温度控制，有效保障沥青混合料在路面作业中的应用要求，确保沥青路面施工质量符合标准。3.2 原材料控制原材料的质量是影响沥青路面工程作业质量的关键要素。采购人员应从源头把控原料质量，确保供应材料的及时性，并出具相关材料的出厂合格证明。原材料进场之后，路面项目管理人员根据季度供应商材料质量评审结果，选择材料质量更加优质、价格更加合理的供应商。采购部门在路面作业阶段，根据仓储条件和作业周期，编制相应的材料采购计划。同时，采购的原材料应做好相应的质量检验工作，确保原材料的使用性能满足标准。材料的储存也应根据材料的性质，采取分类储存的方式，避免温度、环境等对材料的质量产生影响。3.3 误差控制误差控制是指在施工作业过程中，根据设计方案、施工图纸，使用经纬仪、水准仪等设备，在确保设备精密程度的前提下，做好测量记录等工作，确保最终的测量结果符合要求，同时，对照作业标准，合理控制沥青路面作业中的误差，确保作业结果的准确性。4 结束语综上所述，道路改造工程中应用沥青路面施工技术，应确保原材料的配合比、拌和流程科学，在完成基础清扫作业后，运输和喷洒沥青材料，压实路面后验收路面施工工艺是否符合要求，并做好路面工程的养护作业，避免出现路面裂缝、路面沉陷等质量问题，确保工程项目验收结果满足该道路质量、安全方面的相关标准要求。参考文献：1 陈玲，孙旭强.“农村公路+”模式下沥青路面结构功能需求分析J.福建建筑，2022（11）：99-102.2 田秀华，徐敏，田明亮，等.吉林省农村公路沥青路面破损模式分析及养护策略J.大众标准化，2022（20）：55-57.3 张爱利.沥青路面冷再生技术在高速公路施工中的应用J.交通建设与管理，2022（4）：110-111.4 陈世刚.同步薄层罩面在沥青路面预防性养护中的应用J.建筑技术开发，2022，49（14）：119-121.2）以石灰改良试验路结果，确定最佳压实工艺参数为静压1遍+振压3遍+静压1遍，均以26 t压路机碾压并控制车速小于4 km/h；3）路床100 cm石灰改良土层分5层施工，各层均为20 cm，结合石灰改良土试验路检测结果确定摊铺系数为1.24，并将松铺厚度控制在25 cm。参考文献：1 欧阳卫锋，冯小雨.石灰改良路基红黏土的动态回弹模量影响因素分析J.西部交通科技，2021（8）：26-28.2 官从钏，谢德军.高岭地区红黏土特殊路基处理的应用研究基于某高速公路项目工程管理实践J.工程技术研究，2021，6（10）：27-28.3 张月梅，刘世锦.碎石改良高液限红黏土路基处治研究以小龙高速军马场互通连接线工程为例J.工程建设与设计，2020（12）：96-97.4 李森，王艳博，李延周.热带气候高液限红黏土直接填筑路基的可行性探讨J.公路交通科技（应用技术版），2020，16（5）：126-128.5 杨凌.高液限红黏土路堤填筑施工技术及质量控制J.交通世界，2019（17）：58-59.6 欧青明.高速公路红黏土路基填筑施工技术及改进措施J.建材与装饰，2020（15）：216-217.（上接第30页）69