水泥穩定紅土礫料在盧旺達道路施工中的應用

楊 操

(中國路橋工程有限責任公司，北京 100011)

0 前 言

紅土礫料是石灰巖或其他巖漿巖經過風化后形成的富含鐵、鋁、硅氧化物的褐紅色礫料，一般均由圓球狀的鐵質鋁硅結合物、破碎微孔塊石及碎屑、粉質黏性土等組成，顏色主要有紅褐色、黑褐色、土黃色等。因其天然級配好，承載力強，開采方便，價格便宜等優點，在非洲地區道路工程中被廣泛應用。在盧旺達共和國(以下簡稱盧旺達)道路施工中，由于紅土礫料天然料源特性不同，外觀、顆粒級配、力學及物理性能的差異性，紅土礫料主要被應用于墊層和底基層結構中。

本文依托盧旺達卡雍扎-魯蘇莫道路改擴建工程項目，對紅土礫料進行了常規物理指標試驗，結合級配試驗、CBR試驗等手段，總結得出了紅土礫料在盧旺達公路項目中的應用技術。

1 工程概況

盧旺達卡傭扎-魯蘇莫道路改擴建工程(92 km)起點位于盧旺達共和國東部省Kayonza市，向南至與坦桑尼亞接壤的邊境城市Rusu mo，途經Kayonza、Ngo ma、Kirehe等地區。起點樁號PK0+040，終點樁號PK89+861，路線總長約90 km，標準路基寬12 m，行車道寬7.4 m，全線有管涵150道，箱涵2道，全線鋪設瀝青混凝土面層和級配碎石基層以及紅土礫料底基層。

2 紅土礫料選取及物理性能測試

2.1 原材料選取

在項目沿線共選取了5個紅土礫料料場，分別從5個料場取樣(見圖1)，并進行了級配篩分、最大干密度、最佳含水率等試驗，以研究項目沿線紅土礫料的基本物理性質。

2.2 物理性能試驗

1)篩分試驗。通常，鑒定土質分類的主要指標之一為級配篩分，為了測定項目沿線紅土礫料各粒組質量占比，根據尺寸篩分要求，對選定的紅土礫料料場進行現場取樣，篩分結果如表1所示。

圖1 紅土礫料現場取樣

表1 篩分試驗結果 %

根據表1中篩分結果，可以發現不同料場的紅土礫料級配差異顯著，這說明料場與料場之間的紅土礫料性質差異可能十分明顯，這就提醒我們，在紅土礫料的使用過程中，應該因地制宜，根據各個料場的實際情況制定施工配合比和施工方案。此外，各個料場的共性為粒徑大于5 mm的中、粗骨料含量一般在50%以上，這說明紅土礫料在實際使用過程中，能夠形成較好嵌擠的骨架結構。

2) CBR試驗與擊實試驗。要反映紅土礫料性質，最直接的指標為最大干密度與最佳含水率，對選定的紅土礫料料場進行現場取樣，通過擊實試驗測定紅土礫料的最大干密度與最佳含水率，從擊實試驗結果(見表2)來看，最大干密度主要在2 g/cm3左右，平均值為2.043 2 g/cm3，標準差為0.07，集中度較高；最佳含水率的范圍在8.6%～13.1%，變化幅度較大，這就要求在施工時需要特別注意紅土礫料的干濕狀況，當濕度不足時及時灑水補充水分，濕度過大時及時翻曬，以保證壓實效果。

表2 主要物理性能試驗結果

此外，反映紅土礫料物理特性也可以用液限和塑限指標，而紅土礫料料場所顯示的塑性指數平均值為14.5%，能夠滿足塑性指數小于20%的要求。從CBR試驗結果(見表2)來看，盧旺達卡雍扎-魯蘇莫公路項目沿線紅土礫料性質良好，符合相關規范對CBR值的要求，同時，應注意到，盧旺達卡魯路項目紅土礫料的CBR值主要在54%左右，最大值為64.8%，最小值為43.9%，CBR值分布相對集中。

3 水泥穩定紅土礫料在墊層中的應用

3.1 水泥劑量的確定

為驗證水泥穩定紅土礫料配合比的合理性，在卡雍扎-魯蘇莫道路改擴建工程營地鋪筑水泥劑量為1.5%～4.5%的試驗路，全程按照施工要求進行，在養護7 d后，檢測試驗路段的變形模量EV2及墊層彎沉值。

變形模量EV2試驗是通過圓形承載板和加載裝置對地面進行第一次加載和卸載后，再進行第二次加載，用測得的承載板下應力σ和與之相對應的承載板中心沉降量S來計算變形模量EV2值的試驗方法，在歐洲部分國家得到廣泛應用。

不同水泥摻量下的試驗段EV2試驗結果如圖2所示。

圖2 變形模量EV2隨水泥劑量的變化

由EV2試驗結果可知，在紅土礫料中摻加一定劑量的水泥，可以顯著提升墊層土的承載能力，其中當水泥摻量從1.5%提升至2.0%時，變形模量EV2增長率達到了40.68%，在較小水泥摻量下達到了較好的路用性能提升效果，并且滿足了項目合同技術規范中，墊層土EV2值大于80 MPa的要求。綜合路用性能及經濟性考慮，選取水泥摻量2%為最終墊層施工時的水泥劑量。

3.2 路用性能驗證

選用水泥摻量為2%的水泥-紅土礫料鋪筑了主路長度約500 m的墊層路段，對鋪筑完成后的路段進行了路用性能驗證，主要測試了常規施工工藝下的壓實度及彎沉值。每100 m一個測點，測試結果如表3所示。

表3 壓實度及彎沉試驗結果

由表3可知，所有5個測點的壓實度均滿足了合同中不小于93%的要求，并且數據一致性良好，表明在該施工工藝下，2%的水泥摻量能使該材料達到較好的壓實度。同時，彎沉試驗結果也表明，所有測點的彎沉值均達到合同技術條款的要求，具備良好的路用性能。

4 現場施工

4.1 邊坡開挖

項目所在區域地質復雜，切方量極大。考慮到現場施工條件，項目最終采用“切緩坡，寬臺階”的施工方案。按設計邊坡自上而下分層逐層開挖方式，開挖面保持不小于4%的排水坡，嚴禁積水，并且保持邊坡平順。每段開挖工作完成后，對邊坡進行及時防護，當防護不能緊跟開挖進行，暫時留一定厚度的保護層，待做護坡時再刷坡。在保證施工進度的前提下，也保障了道路施工安全。

4.2 墊層和底基層施工

墊層的用料為盧旺達卡-魯路項目附近取料廠的紅土礫料，材料的攤鋪采用平地機并按路基全幅寬度施工。

1)進行嚴格的控制和檢驗，并在底基層開工一個月前，將取土場位置以及材料性能報監理審批。

2)墊層及底基層的施工采用流水作業的方法，配合路基土方的施工進度，逐段推進至要求地點完成。

3)在任何情況下，粒料都要均勻，含水量適當，無粗細顆粒離析現象。

4)在最佳含水量時遵循先輕后重的原則進行碾壓，并碾壓至要求的壓實度。嚴禁在已經完成的或正在碾壓的路段上調頭或急剎。

4.3 壓實度保障

1)安排專職人員指揮料場的清表和取料，并嚴格控制清表厚度和取料深度。如若少許黃土混雜，則應對取料進行均勻混合，不能過度集中在某一運輸車內，造成后期壓實不足。

2)盡量保證紅土礫料粒徑均勻，每層規格粒徑不應過大，若紅土礫料粒徑不均勻，則應對其進行擊實后才能均勻攤鋪碾壓。

3)若料場含水率超過了現場含水率允許的范圍，應對紅土礫料進行現場晾曬，如含水率偏小，可以進行適當補水，達到最佳含水率±1%后方可進行碾壓。

4)按照盧旺達卡-魯路項目試驗路段的碾壓工藝進行碾壓，土體的壓縮分兩部分，一部分為采用大噸位鋼輪碾進行振動碾壓，以使土體中的氣體排出，從而使土體得到壓縮，第二部分則是采用膠輪碾進行揉搓碾壓，使粗顆粒排列更為緊密，土體碾壓更密實。

4.4 彎沉保障

1)試驗前應檢查試驗儀器，并定期對儀器進行標定。

2)加入2.0%的水泥劑量進行穩定處理。

3)使紅土礫料始終處于最佳含水率或允許含水率范圍內進行碾壓。

4)將離析的顆粒取出，拋灑在未碾壓的紅土礫料上，補上均勻的紅土礫料。

5)當補水時，灑水車應保持灑水的開啟，并勻速前進，將局部含水率過大的紅土礫料清除，補上合適的紅土礫料。

6)若路床彎沉較大，應翻開底基層，將路床頂取出，并用紅土礫料進行回填，同時補水碾壓密實后再次鋪設紅土礫料進行碾壓密實。

5 結 論

試驗結果表明，2%水泥摻量下的水泥穩定紅土礫料具備良好的路用性能，在前文所述的施工工藝下開展施工，能取得良好的社會經濟效益。

水泥穩定紅土礫料在盧旺達卡雍扎-魯蘇莫道路改擴建工程(92 km)項目的成功實驗應用，進一步擴大了紅土礫料這一優質天然原料的應用范圍，為今后相關工程建設的開展提供了有益的借鑒。

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