西南地區(qū)紅黏土填料改良試驗研究

黃松濤 崔俊

摘要：通過大量室內(nèi)試驗對紅黏土填料的改良試驗進行研究，分析了不同改良方法下紅黏土的工程性質(zhì)，驗證適合紅黏土的改良方法，得出以下結(jié)論：（1）當(dāng)工期較緊迫且陰雨天氣較多時，紅黏土地基改良建議采用摻灰法，為了保證摻灰改良后紅黏土地基的水穩(wěn)定性，摻灰量不得低于4%；（2）當(dāng)晴朗天氣較多且工期較長時，可采用預(yù)浸法進行處理。采用預(yù)浸法改良，紅黏土的抗剪強度和內(nèi)摩擦角都有很大的提高。

關(guān)鍵詞：紅黏土填料；改良；工程特性

紅黏土是指出露地表的碳酸鹽系巖石經(jīng)過風(fēng)化作用后而形成的一種高塑性粘土，因其富含鐵的氧化物而呈褐紅色或棕紅色，故得名紅粘土。其在我國尤其是西南地區(qū)分布十分廣泛，具有易破碎、強度低、水穩(wěn)性差、易崩解等特點。采用紅黏土填料的公路工程大量存在因路基沉陷而導(dǎo)致的破壞。因此，如何科學(xué)合理的利用紅黏土填料解決公路填方問題便成為工程及學(xué)術(shù)界的熱點。本文以川西北地區(qū)紅黏土為路基填料樣本，對其改良后工程特性進行測試。

1 西南地區(qū)紅黏土基本物理力學(xué)性質(zhì)試驗研究

試驗土樣取土深度均為紅黏土表層以下0～0.5m。從現(xiàn)場及所取土樣可以看出，紅黏土試驗天然狀態(tài)下呈磚紅色，堅硬狀態(tài)，碎屑狀，以手指碾壓即破碎。

室內(nèi)試驗測試結(jié)果顯示：天然狀態(tài)下紅黏土平均含水量為13.85%，干密度為1.629g/cm3，塑性指數(shù)為17.9，為低液限粘土。最優(yōu)含水量為10.72%，最大干密度為2.104g/cm3，與現(xiàn)場天然含水率平均值（13.85%）很接近，說明現(xiàn)場施工時壓實機械可以正常碾壓，即壓實土體可以達(dá)到規(guī)范要求的壓實度。紅黏土的平均壓縮系數(shù)為0.283MPa-1，壓縮模量為5.93 MPa，屬于中壓縮性土。抗剪強度指標(biāo)為：為8.5kPa，為28.6°。CBR值為0.28，膨脹量為4.28%，將素土試樣浸于水中10分鐘左右即全部崩解，喪失強度，由此可見紅黏土填料水穩(wěn)定性較差，遇水易崩解，不能直接用于路基填筑，必須采取改良措施。

2 西南地區(qū)紅黏土改良試驗研究

紅黏土地基處治的關(guān)鍵問題在于如何有效的降低其崩解性，且同時具有一定的強度和穩(wěn)定性，使之滿足設(shè)計要求。根據(jù)前人的研究成果及紅黏土基本物理力學(xué)性質(zhì)測試結(jié)果，對西南地區(qū)紅黏土決定采用摻灰法和預(yù)浸法進行處治。為了研究不同摻入比的紅黏土改良土的物理力學(xué)特性，進行了大量的室內(nèi)試驗研究。包括改良土的擊實試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗、水穩(wěn)定性和耐久性試驗研究等。

2.1 摻灰法

摻灰法外加劑采用工程常用摻料水泥或石灰，考慮到石灰現(xiàn)場施工過程中對環(huán)境的影響，故外加劑選用水泥。

1、擊實試驗結(jié)果及分析

本試驗采用輕型擊實方法對改良土進行擊實試驗，試驗結(jié)果見表1所示，擊實試驗的含水量與干密度關(guān)系曲線見圖1所示。

從改良土的擊實試驗結(jié)果中，可以看出：

（1）從擊實曲線來看，水泥改良土的擊實曲線均有隨著外加劑摻量的增大而變緩的趨勢，這說明水泥摻量越高改良之后的紅黏土含水量變化范圍越寬。

（2）從最佳含水量來看，摻入水泥之后，最佳含水量增大，而拌和物本身的含水量減小，更有利于擊實，達(dá)到了改良的效果。

（3）從最大干密度來看，摻入水泥之后，最大干密度減小。且隨著外加劑摻量的增大，最大干密度有減小趨勢。

2、無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果及分析

試樣的土體含水量采取水泥改良之后土體的最優(yōu)含水率。在紅黏土中分別摻入土粒質(zhì)量百分比為3%、4%、5%的水泥，并按比例組數(shù)制備試驗所需試樣并測定試樣不同齡期（3d、7d）的無側(cè)限抗壓強度。試驗結(jié)果見表2所示。

從試件破壞形態(tài)上看，屬于脆性破壞，均形成45度角斜裂縫，水泥改良紅黏土養(yǎng)護14d后強度最高可達(dá)1025kPa。這說明，紅黏土摻入水泥過后，強度得到顯著提高。

3、崩解試驗

將水泥改良紅黏土試件養(yǎng)護14天之后浸水進行崩解試驗，由試驗過程可知：

① 水泥摻量為3%的改良土試件泡水2h之后，個別試件有少量脫落現(xiàn)象；1dn之后局部崩解；2d后試件表面有裂痕，崩解加劇；7d后試件崩解嚴(yán)重，試件直徑明顯減小；14d后徹底崩解。

② 水泥摻量為4%的改良土試件1d之后個別試件表面開始冒泡并有少量脫落現(xiàn)象；2d之后試件下部開始出現(xiàn)輕微崩解現(xiàn)象；7d后之后崩解現(xiàn)象未見加劇，崩解狀態(tài)變化不大；第14天后崩解狀態(tài)依然未變。

③ 水泥摻量為5%的改良土試件2d之后由于試件表面有松散浮土而出現(xiàn)冒泡現(xiàn)象，但未見崩解；14d后試件依然保持完整。

由此可以看出紅層改良土試件經(jīng)較長時間浸泡后，其崩落散解現(xiàn)象大幅度降低，但紅層土摻灰含量小于4%時，仍會出現(xiàn)崩解現(xiàn)象。當(dāng)摻灰量在4%以上時，可完全解決紅黏土的崩解問題。

2.2預(yù)浸法

紅黏土具有崩解性的最主要外因就是水的出現(xiàn)。當(dāng)紅黏土地基中浸入水后，紅黏土地基即會發(fā)生崩解，進而結(jié)構(gòu)破壞，引起較大的地基沉降變形。如若使具有崩解性的紅黏土地基提前發(fā)生崩解并壓實，則會消除崩解性。

為此，對紅黏土試件進行預(yù)浸處理，并通過對不同含水率下的擊實試件進行直剪試驗，觀察期粘聚力和內(nèi)摩擦角與含水率的關(guān)系，以判斷預(yù)浸法對紅黏土改良的適用性，試驗結(jié)果見表3所示。

從表3數(shù)據(jù)可以看出，紅黏土預(yù)浸后強度和內(nèi)摩擦角都有所提高，粘聚力隨著含水率的下降開始上升，到達(dá)含水率為11%時，又開始下降；內(nèi)摩擦角初始隨著含水率的下降稍有減小，到達(dá)含水率為8%時又開始上升，這說明對于紅黏土這種水穩(wěn)性很差的土采取預(yù)浸法改良是具有一定效果的。

3 小結(jié)

本節(jié)通過大量的室內(nèi)試驗，驗證適合紅黏土的改良方法，得出以下結(jié)論：

當(dāng)工期較緊迫且陰雨天氣較多時，紅黏土地基改良建議采用摻灰法，為了保證摻灰改良后紅黏土地基的水穩(wěn)定性，摻灰量不得低于4%；

（2）當(dāng)晴朗天氣較多且工期較長時，可采用預(yù)浸法進行處理。采用預(yù)浸法改良，紅黏土的抗剪強度和內(nèi)摩擦角都有很大的提高。

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作者簡介：

黃松濤，男，本科，1967年6月生，主要從事水泥工程建設(shè)。

通訊作者：張玲玲。