云南红黏土路用工程特性及处治措施

云南红黏土路用工程特性及处治措施

胡先磊1秦川2李迎炜2

1云南路建集团欣业工程质量检测有限公司；平文高速公路建设指挥部

摘要：通过对云南不同地区的红黏土工程特性进行分析对比，指出红黏土的共性及地区差异，结合工程实际提出红黏土填料选择的评价、红黏土地基对基础危害、红黏土对路基边坡稳定的危害，并通过工程实例给出处治方案及注意事项。

关键词：红黏土；特性；处治；

0．引言

0.1简述

红粘土是由碳酸盐类岩石或其他富铁岩石在湿热气候条件下风化形成的，一般呈褐红色。云南地区主要分布于昆明、文山、红河州地区，均为喀斯特石灰岩分布区。红黏土地区进行路基填筑、边坡开挖、基础施工如不采取一定的处治措施会给工程实体带来危害。本文通过对昆明滇中产业区小哨公路、文山平文高速公路、文山广那高速公路红黏土进行的土工试验，对比分析上述地区红黏土的工程特性，并结合上述项目实施中出现的对工程的影响，提出相应的处治措施。

1.云南不同地区红黏土土工试验及特征

1.1土工试验指标对比

注：表中CBR值、膨胀率为按《公路土工试验规程》（JTGE40-2007）中T0134-1993试验方法而得；其中CBR值为便于比较，统一按达到94%压实度时所对应的承载比。

1.2土样外观及性能：

1.3云南红黏土性能分析：

①颗粒组成：＜0.075mm以下含量占土体质量的50～70%，细颗粒比重大，土粒比重小。

②液限、塑性指数：液限普遍在50～93%，塑性指数大；天然含水率高。

③4d浸水CBR值昆明小哨公路胶泥块状的红黏土较高达到12.5%；文山地区疏松状红黏土CBR值均较低，达不到规范要求的３％的要求或刚好满足，最大干密度较小；地基承载力普遍较小。

④膨胀性：均具有膨胀性，特别是文山广那高速公路土样膨胀率>8.3％（注：此值因膨胀量大导致CBR试验时百分表满量程，即120ｍｍ高试件浸水4ｄ后至少膨胀了10mm导致，实际膨胀量在12.3％左右）。

⑤地基承载力：普遍承载力在50-130kPa之间；另一显著特点是：红黏土层开挖后，无论是1m、3m或更深深度地基承载力不随着开挖深度而增加，不同深度的承载力基本相同。

⑥土体特性：均存在天然含水率高，经太阳暴晒失水后体积缩量大的特性；对于昆明地区胶结状态红黏土失水后坚硬，难于分散，透水性为不透水；对于文山地区红黏土颗粒间基本无联结，疏松、易散落，经太阳暴晒失水后有蓬松感，开挖坡面受太阳雨水综合作用，出现收缩、表面疏松脱漏的特性；

1.4红黏土的工程危害

从上述试验数据可以看出，红黏土土性复杂，不同地区的红黏土的力学性能是有差异的，从CBR试验可以看出，昆明小哨的土样CBR值达到了12.5%，完全颠覆了红黏土遇水软化的普通认识；红黏土地区公路施工主要分为红黏土地基的处理、红黏土填料的适宜性分析、边坡处治方案，现结合工程实例将相关处治方法及检测方法阐述如下。

2.工程实例

云南省平远街至文山高速公路，全长32.5km，我部负责实施指挥部中心试验室；项目地处滇东南，该地区典型喀斯特地貌；红黏土厚度平均为4-6m，最厚达8-10m，红黏土下为石灰岩地貌，石笋、石芽发育。

2.1红黏土填料利用评价

从上述表中可以看出，该地区红黏土CBR强度不足，具有一定的膨胀性，故我方建议为直接废弃处理，实际中亦按此实施；但k26+200-k26+400段挖方，该挖方土质为土石相间，即石灰岩的岩体周边分部有大量的红黏土，开挖中不容易分离出来，因该标段路床设计为碎石土，施工方采用破碎机进行破碎后作为碎石土使用，由此带来的问题是利用开挖土石生产出来的碎石土其含土量是变化，我们需要找到一个界限作为施工中材料质量的控制点，为此我部利用此料场生产的碎石及土样按照不同比例进行参配进行CBR试验进行验证，其数据如上：从表中可以看到随着红黏土的添加膨胀率不段增加，CBR值降低；最终综合考虑路床填料需要具有一定的透水性，采用30：70作为控制上限，超过这一含量的进行二次汇合后使用，施工中因部分碎石超过40mm采用沉降差法控制施工压实。成型1km后检测弯沉、回弹模量。结果如下：

从左侧表中可以发现，所用碎石土满足技术要求，为较好的填料，目前该项目已经通车1年，今年回访路基稳定。

红黏土作为填料的探讨：

红黏土利用为填料主要有物理改良（掺加碎石）、化学改良（添加水泥或石灰），作为本人经历的上述几个项目的最终决策，均选择废弃的方案，原因如下：

1.可行性：对于开挖后呈胶结状态的土样，有很强的塑性，失水后坚硬的土样，即使土的强度满足要求，因分散困难亦不适合利用，如文中昆明小哨公路土样直接废弃处理。

2.经济性：利用添加水泥或石灰对红黏土进行改良，其改良工艺其实与生产水泥稳定土工艺是一样的，改良费用比借土填筑高，一般不宜使用。

3.质量风险：采用红黏土或改良的红黏土均存在因改良工艺与预计有偏差，导致改良失败的风险。

2.2红黏土地基

红黏土地基主要分为红黏土地基上路基填筑和构造物基础施工。红黏土土层一般地表范围内有2-8m厚，土层下石灰岩起伏分部，经开挖检测承载力实际不同深度的承载力均基本相同，不同于其他土层承载力随深度增加而增加。承载特征值在90-120kPa之间，与一般路基需要达到150kPa的要求有一定的距离，困难在于即使往下开挖亦不解决问题，工程处理换填的工作量太大，不可行；处理方案为清表后进行填前压实，先填筑片石垫层1.0m+碎石垫层0.8m+正常的填筑，依靠片石挤压红黏土及路基填料的荷载进一步压实红黏土；完成片石、碎石填筑后稳定10d后再进行路基填筑，原则上每填3m高度稳定10d再继续填筑，在铺筑路面前经历2个雨季的自然沉降再进行路面施工。平文高速公路采用此施工工艺，通车1年以来，路基稳定。

构造物基础地基，红黏土地基对构造物的危害主要是沉降量大导致基础下沉、开裂的情况，主要原因由于土体压缩变形、受水后强度变低所导致；特别是重力式桥台基础，部分施工单位在开挖到设计基础底后先用压路机进行压实然后检测承载力，合格后开始浇筑基础，作为红黏土地基在压路机的作用下仅压实了基础底下30cm-50cm深度范围，采用动力触探仪检测的方法未能实际反应地基真实的承载力从而导致地基下沉；另浇筑砼基础后地基不注意排水通畅导致地基泡水软化亦是导致基础沉降的原因。

解决办法：

1.增加基础垫层：基础垫层的宽度、厚度的基础数据采用泡水后地基的承载力进行验算，基础垫层采用片石+碎石的结构层次。

2.采用群桩基础：一般红黏土厚度为2-8m，采用螺旋钻机钻直径50-60cm的孔至灰岩层后浇筑砼，桩间距按照1.5m梅花形设计；整平所有桩头后铺碎石垫层后浇筑整体的钢筋砼基础。

2.3红黏土边坡防护

红黏土开挖后形成的边坡病害主要有：

1.边坡坍塌：边坡坍塌主要边坡从坡顶1-5m范围的土体首先发生变形、蠕动，在雨水作用下最后从坡顶至坡顶下5m范围坍塌、土体鼓出。

2.土体剥落：因红黏土开挖后受雨水、阳光、大气的综合作用加之具有膨胀性，经过干湿交替过程后表面收缩，不断剥落，表面疏松，导致边坡防护如框格梁脱空、锚索因土体收缩变形导致预应力失效。

解决办法：

1.边坡设计：红黏土土质边坡不宜采用砼条梁进行防护，根本处理方法为采用缓坡比设计后进行植物防护，平文高速公路部分地段设计为1：1的坡比仍出现坍塌、剥落的情况，后改为1：2的坡比加植物防护，目前经3个雨季，无大的病害出现。

2.边坡防护：因红黏土具有遇水膨胀，失水收缩的特性，不建议采用锚索、框格梁防护；应优先采用植物防护；如因地形受限制，边坡红黏土较厚，可采用在边坡脚设置抗滑桩加板墙限制土体的移动（抗滑桩深度应进入石灰岩层）。

3．结语

红黏土作为特殊的土类，具有共性，同时地区不同亦有各自的特点，在工程实际中填料的选择应从可行性、经济性、质量风险综合分析后选择去留，作为填料应重视填料的膨胀性对工程的危害；基础施工应考虑红黏土泡水软化、压缩量大对工程造成的危害；边坡施工应考虑土体的膨胀、变形的特点，选择合适的坡比及防护形式。

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作者简介：胡先磊（1977），男，高级工程师，2000年长沙交通学院路桥