西南地區紅黏土填料改良試驗研究

黃松濤 崔俊

摘要：通過大量室內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，驗證適合紅黏土的改良方法，得出以下結論：（1）當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定性，摻灰量不得低于4%；（2）當晴朗天氣較多且工期較長時，可采用預浸法進行處理。采用預浸法改良，紅黏土的抗剪強度和內摩擦角都有很大的提高。

關鍵詞：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過風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分布十分廣泛，具有易破碎、強度低、水穩性差、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致的破壞。因此，如何科學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術界的熱點。本文以川西北地區紅黏土為路基填料樣本，對其改良后工程特性進行測試。

1 西南地區紅黏土基本物理力學性質試驗研究

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

室內試驗測試結果顯示：天然狀態下紅黏土平均含水量為13.85%，干密度為1.629g/cm3，塑性指數為17.9，為低液限粘土。最優含水量為10.72%，最大干密度為2.104g/cm3，與現場天然含水率平均值（13.85%）很接近，說明現場施工時壓實機械可以正常碾壓，即壓實土體可以達到規范要求的壓實度。紅黏土的平均壓縮系數為0.283MPa-1，壓縮模量為5.93 MPa，屬于中壓縮性土?？辜魪姸戎笜藶椋簽?.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 西南地區紅黏土改良試驗研究

紅黏土地基處治的關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定性，使之滿足設計要求。根據前人的研究成果及紅黏土基本物理力學性質測試結果，對西南地區紅黏土決定采用摻灰法和預浸法進行處治。為了研究不同摻入比的紅黏土改良土的物理力學特性，進行了大量的室內試驗研究。包括改良土的擊實試驗、無側限抗壓強度試驗、水穩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，考慮到石灰現場施工過程中對環境的影響，故外加劑選用水泥。

1、擊實試驗結果及分析

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

從改良土的擊實試驗結果中，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、無側限抗壓強度試驗結果及分析

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

從試件破壞形態上看，屬于脆性破壞，均形成45度角斜裂縫，水泥改良紅黏土養護14d后強度最高可達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象；1dn之后局部崩解；2d后試件表面有裂痕，崩解加??；7d后試件崩解嚴重，試件直徑明顯減??；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象；2d之后試件下部開始出現輕微崩解現象；7d后之后崩解現象未見加劇，崩解狀態變化不大；第14天后崩解狀態依然未變。

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冒泡現象，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較長時間浸泡后，其崩落散解現象大幅度降低，但紅層土摻灰含量小于4%時，仍會出現崩解現象。當摻灰量在4%以上時，可完全解決紅黏土的崩解問題。

2.2預浸法

紅黏土具有崩解性的最主要外因就是水的出現。當紅黏土地基中浸入水后，紅黏土地基即會發生崩解，進而結構破壞，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生崩解并壓實，則會消除崩解性。

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

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

3 小結

本節通過大量的室內試驗，驗證適合紅黏土的改良方法，得出以下結論：

當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定性，摻灰量不得低于4%；

（2）當晴朗天氣較多且工期較長時，可采用預浸法進行處理。采用預浸法改良，紅黏土的抗剪強度和內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。

通訊作者：張玲玲。