坦桑尼亞水穩紅土礫料性能探討

王紹玉

摘? ?要：紅土礫料是撒哈拉以南非洲地區常見的一種筑路材料，本文介紹了紅土礫料在坦桑尼亞Geita-Usaaara公路項目中水穩底基層的應用過程，通過對紅土礫料技術性能的統計分析，分析了不同紅土礫料的級配組成，進行了不同含水率的擊實試驗，獲得最佳含水率和最大干密度，并在此基礎上開展了CBR試驗，獲得不同紅土礫料的承載特性，進行了不同劑量的水泥配合比試驗，得出了不同的UCS結果，總結出了紅土礫料在該項目的應用技術，為后續類似項目提供一定的參考價值。

關鍵詞：紅土礫料? 水泥穩定? 底基層? UCS

中圖分類號：U412? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0117-04

紅土礫料是非洲地區廣泛存在的一種天然筑路材料，根據法國、英國的研究資料，及其他在工程中應用過紅土礫料的非洲國家的工程經驗，一般認為紅土礫料是在熱帶非洲地區典型的旱雨兩季交替循環的條件下形成的。與弱酸性雨水的下滲、礫料原巖中不溶性鐵、鋁、硅等氧化物的膠結、復合、脫水等過程相關。顏色上有紅褐色、黑褐色、土黃色等多種類別，但一般均由圓球狀的鐵質鋁硅結合物、破碎微孔塊石及碎屑和粉質粘性土組成。

坦桑尼亞公路工程設計施工中，因紅土礫料天然料源特性不同，外觀、顆粒級配、力學及物理性能均表現出較大差異性，主要用在墊層與底基層結構。其中性能較好的紅土礫料可以作為被穩定材料用于路面結構。但紅土礫料的組成復雜、種類較多，其工程性質與組成有很大關系，特別是受其中的粘性土的影響。本文依托坦桑尼亞Geita-Usagara公路項目建設，對所用的紅土礫料進行了級配分析和擊實試驗，并完成了不同壓實度水平下的CBR試驗，分析了不同紅土礫料的承載特性。進行了不同劑量的水泥配合比試驗，得出了不同的UCS結果，總結出了紅土礫料在該項目的應用技術，為后續類似項目提供一定的參考價值。

1? 工程概況

坦桑尼亞Geita-Usagara公路工程項目（簡稱118公路），位于坦桑尼亞西北部，是坦桑尼亞政府自籌資金集設計與施工于一體的公路工程。公路全長90km，分為LOT1、LOT2兩個標段。本工程于2008年1月7日簽定合同，開工日期為2008年2月1日，工期兩年，缺陷責任期為竣工驗收之日起3年。施工主要內容包括路基土石方、底基層（水泥穩定層）、基層（碎石層）、雙表處路面、橋涵及輪渡碼頭施工等。

2? 材料要求

按照坦桑尼亞施工規范，紅土礫料的原材料性質需滿足以下要求，才能用作水泥穩定層。 檢測方法按CML Tests-Tanroads中心實驗室標準和方法確定。

2.1 料場勘探

首先確定紅土礫料料場的大致邊界，在紅土礫料料場內網狀布點，每50m一個點進行探挖，分別記錄每個點的覆蓋層厚度與紅土礫料層厚度，并在CAD上標注每個點，并作網狀圖，確定每個點代表的面積，如表2所示，作儲量計算表，計算得出紅土礫料料場的可開采量。如圖3所示，根據試驗CBR結果，劃定不同的區域，進一步精確開采位置。

2.2 性能分析

2.2.1 整體分析

級配篩分是土質分類標準的主要指標之一，為了測定紅土礫料中各粒組占土粒總質量百分數，按照CML篩分的尺寸要求，對紅土礫料料場進行取樣篩分，各個粒徑通過率見表3所示。

其中5mm通過率的平均值為47.3%，可見其粗集料含量接近50%;0.075mm通過率平均值為14.9%，粉料含量接近15%。骨架結構良好，填隙細料含量適當，能夠產生優異的力學性能。每個粒徑的通過率分布窄幅震動，級配穩定，波動較小，這對于施工碾壓以及工程質量的把控是非常有利的。

2.2.2 原材性能分析

通過對紅土礫料其他性能的實驗，匯總數據如表4所示。

最大干密度與最佳含水率指標是反映紅土礫料性質的重要指標，可通過擊實試驗測定紅土礫料的最大干密度與最佳含水率。118項目最大干密度平均值為2.051g/cm3，主要分布在2～2.1g/cm3的范圍內，標準差為0.07，變異系數為0.03，集中度較高;最佳含水率平均值為10.8%，主要分布在10%～12%范圍內，標準差為1.64，變異系數為0.15，集中度也較高。說明項目紅土礫料性質較為穩定，最大干密度和最佳含水率波動幅度不大，有利于施工中工程質量的控制。

液限、塑限是紅土礫料的重要物理特性指標，反映了水分對紅土礫料性質的影響。118項目水穩所用紅土礫料塑性指數平均值為14.5%，滿足小于20%的規定。

通過對項目紅土礫料CBR數據分析，可見118項目沿線紅土礫料性質良好，均能達到項目規范規定95%MDD時CBR值20%的要求。由實驗數據看見，118項目紅土礫料的CBR值集中在45%～75%之間，其平均值為56%，CBR值不僅較高，而且分布較為集中。

2.2.3 水穩性能分析

紅土礫料屬天然材料，在控制好原材料質量的前提下，通過水泥穩定紅土礫料的配合比設計主要是確定合理的水泥劑量。不同的水泥摻量的結果如表5所示。

由上述試驗結果可知，水泥劑量為1.5%時，7d空氣、4d浸水養生條件下的UCS壓強度為1.1MPa，塑性指數為7;水泥劑量為2%時，7d空氣、4d浸水養生條件下的UCS壓強度為1.25MPa，塑性指數為5;由此可見水泥含量1.5%基本能夠滿足施工規范的要求，考慮到紅土礫料的天然屬性，為降低材料變異性對施工的影響，確保工程質量，施工過程中水泥用量增加0.5%，采用2.0%的水泥劑量。

3? 配合比驗證

為驗證水泥穩定紅土礫料配合比的合理性，鋪筑了水泥劑量為2%的試驗路，養生7d后，為驗證結構層能否達到設計中承載等級，對試驗段承載比進行檢測。結果表明，EV2均大于80MPa，符合設計中對承載等級的要求。通過彎沉進一步檢測結構層的整體承載能力，坦桑尼亞路面設計指南中對T3等級的彎沉值要求不大于50（0.01mm），養生7d后，13t軸載作用下的彎沉平均值為30（0.01mm），2倍標準差代表值為50（0.01mm），整體承載力符合要求。因此從EV2及彎沉結果可以判斷，水泥穩定紅土礫料墊層的承載能力符合要求。

4? 結語

本文對坦桑尼亞118項目的紅土礫料的運用情況作了簡要介紹和探討，介紹了紅土礫料在項目從料場勘探到料場選用，到應用過程中累積的試驗數據進行統計分析。通過分析可初步得出以下結論，從而為后續類似項目提供了一定的經驗。

（1）紅土礫料的最大干密度偏小時，即使含有較多的粗顆粒，但在室內擊實試驗時發現，絕大多數顆粒在擊實功的作用下破碎成粉末狀，力學強度偏低。此類材料雖具有較高的CBR值，力學強度比較低，密度偏小，且通常伴隨著液限高、塑性指數偏大，工程性質不佳。

（2）由于紅土礫料屬天然材料，對其級配要求一般比較寬泛，主要是控制0.075mm篩孔的通過率，也有經驗認為5mm篩孔的通過率不宜超過60%。

（3）紅土礫料的塑性指數對穩定后的材料性能有重要影響，塑性指數太大時不宜直接用水泥穩定。

參考文獻

[1] 王伯偉.非洲地區的筑路材料—紅土礫料[J].公路，1985（12）.

[2] 鄧學鈞.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2005.

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