楊 操

(中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011)

0 前 言

紅土礫料是石灰?guī)r或其他巖漿巖經(jīng)過(guò)風(fēng)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(zhì)鋁硅結(jié)合物、破碎微孔塊石及碎屑、粉質(zhì)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(jí)配好，承載力強(qiáng)，開采方便，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在非洲地區(qū)道路工程中被廣泛應(yīng)用。在盧旺達(dá)共和國(guó)(以下簡(jiǎn)稱盧旺達(dá))道路施工中，由于紅土礫料天然料源特性不同，外觀、顆粒級(jí)配、力學(xué)及物理性能的差異性，紅土礫料主要被應(yīng)用于墊層和底基層結(jié)構(gòu)中。

本文依托盧旺達(dá)卡雍扎-魯蘇莫道路改擴(kuò)建工程項(xiàng)目，對(duì)紅土礫料進(jìn)行了常規(guī)物理指標(biāo)試驗(yàn)，結(jié)合級(jí)配試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)等手段，總結(jié)得出了紅土礫料在盧旺達(dá)公路項(xiàng)目中的應(yīng)用技術(shù)。

1 工程概況

盧旺達(dá)卡傭扎-魯蘇莫道路改擴(kuò)建工程(92 km)起點(diǎn)位于盧旺達(dá)共和國(guó)東部省Kayonza市，向南至與坦桑尼亞接壤的邊境城市Rusu mo，途經(jīng)Kayonza、Ngo ma、Kirehe等地區(qū)。起點(diǎn)樁號(hào)PK0+040，終點(diǎn)樁號(hào)PK89+861，路線總長(zhǎng)約90 km，標(biāo)準(zhǔn)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(shè)瀝青混凝土面層和級(jí)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(cè)試

2.1 原材料選取

在項(xiàng)目沿線共選取了5個(gè)紅土礫料料場(chǎng)，分別從5個(gè)料場(chǎng)取樣(見(jiàn)圖1)，并進(jìn)行了級(jí)配篩分、最大干密度、最佳含水率等試驗(yàn)，以研究項(xiàng)目沿線紅土礫料的基本物理性質(zhì)。

2.2 物理性能試驗(yàn)

1)篩分試驗(yàn)。通常，鑒定土質(zhì)分類的主要指標(biāo)之一為級(jí)配篩分，為了測(cè)定項(xiàng)目沿線紅土礫料各粒組質(zhì)量占比，根據(jù)尺寸篩分要求，對(duì)選定的紅土礫料料場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，篩分結(jié)果如表1所示。

圖1 紅土礫料現(xiàn)場(chǎng)取樣

表1 篩分試驗(yàn)結(jié)果 %

根據(jù)表1中篩分結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)不同料場(chǎng)的紅土礫料級(jí)配差異顯著，這說(shuō)明料場(chǎng)與料場(chǎng)之間的紅土礫料性質(zhì)差異可能十分明顯，這就提醒我們，在紅土礫料的使用過(guò)程中，應(yīng)該因地制宜，根據(jù)各個(gè)料場(chǎng)的實(shí)際情況制定施工配合比和施工方案。此外，各個(gè)料場(chǎng)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(shuō)明紅土礫料在實(shí)際使用過(guò)程中，能夠形成較好嵌擠的骨架結(jié)構(gòu)。

2) CBR試驗(yàn)與擊實(shí)試驗(yàn)。要反映紅土礫料性質(zhì)，最直接的指標(biāo)為最大干密度與最佳含水率，對(duì)選定的紅土礫料料場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)定紅土礫料的最大干密度與最佳含水率，從擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表2)來(lái)看，最大干密度主要在2 g/cm3左右，平均值為2.043 2 g/cm3，標(biāo)準(zhǔn)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(shí)需要特別注意紅土礫料的干濕狀況，當(dāng)濕度不足時(shí)及時(shí)灑水補(bǔ)充水分，濕度過(guò)大時(shí)及時(shí)翻曬，以保證壓實(shí)效果。

表2 主要物理性能試驗(yàn)結(jié)果

此外，反映紅土礫料物理特性也可以用液限和塑限指標(biāo)，而紅土礫料料場(chǎng)所顯示的塑性指數(shù)平均值為14.5%，能夠滿足塑性指數(shù)小于20%的要求。從CBR試驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表2)來(lái)看，盧旺達(dá)卡雍扎-魯蘇莫公路項(xiàng)目沿線紅土礫料性質(zhì)良好，符合相關(guān)規(guī)范對(duì)CBR值的要求，同時(shí)，應(yīng)注意到，盧旺達(dá)卡魯路項(xiàng)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(duì)集中。

3 水泥穩(wěn)定紅土礫料在墊層中的應(yīng)用

3.1 水泥劑量的確定

為驗(yàn)證水泥穩(wěn)定紅土礫料配合比的合理性，在卡雍扎-魯蘇莫道路改擴(kuò)建工程營(yíng)地鋪筑水泥劑量為1.5%～4.5%的試驗(yàn)路，全程按照施工要求進(jìn)行，在養(yǎng)護(hù)7 d后，檢測(cè)試驗(yàn)路段的變形模量EV2及墊層彎沉值。

變形模量EV2試驗(yàn)是通過(guò)圓形承載板和加載裝置對(duì)地面進(jìn)行第一次加載和卸載后，再進(jìn)行第二次加載，用測(cè)得的承載板下應(yīng)力σ和與之相對(duì)應(yīng)的承載板中心沉降量S來(lái)計(jì)算變形模量EV2值的試驗(yàn)方法，在歐洲部分國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。

不同水泥摻量下的試驗(yàn)段EV2試驗(yàn)結(jié)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(yàn)結(jié)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(dāng)水泥摻量從1.5%提升至2.0%時(shí)，變形模量EV2增長(zhǎng)率達(dá)到了40.68%，在較小水泥摻量下達(dá)到了較好的路用性能提升效果，并且滿足了項(xiàng)目合同技術(shù)規(guī)范中，墊層土EV2值大于80 MPa的要求。綜合路用性能及經(jīng)濟(jì)性考慮，選取水泥摻量2%為最終墊層施工時(shí)的水泥劑量。

3.2 路用性能驗(yàn)證

選用水泥摻量為2%的水泥-紅土礫料鋪筑了主路長(zhǎng)度約500 m的墊層路段，對(duì)鋪筑完成后的路段進(jìn)行了路用性能驗(yàn)證，主要測(cè)試了常規(guī)施工工藝下的壓實(shí)度及彎沉值。每100 m一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 壓實(shí)度及彎沉試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，所有5個(gè)測(cè)點(diǎn)的壓實(shí)度均滿足了合同中不小于93%的要求，并且數(shù)據(jù)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(dá)到較好的壓實(shí)度。同時(shí)，彎沉試驗(yàn)結(jié)果也表明，所有測(cè)點(diǎn)的彎沉值均達(dá)到合同技術(shù)條款的要求，具備良好的路用性能。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工

4.1 邊坡開挖

項(xiàng)目所在區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜，切方量極大?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)施工條件，項(xiàng)目最終采用“切緩坡，寬臺(tái)階”的施工方案。按設(shè)計(jì)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(yán)禁積水，并且保持邊坡平順。每段開挖工作完成后，對(duì)邊坡進(jìn)行及時(shí)防護(hù)，當(dāng)防護(hù)不能緊跟開挖進(jìn)行，暫時(shí)留一定厚度的保護(hù)層，待做護(hù)坡時(shí)再刷坡。在保證施工進(jìn)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(dá)卡-魯路項(xiàng)目附近取料廠的紅土礫料，材料的攤鋪采用平地機(jī)并按路基全幅寬度施工。

1)進(jìn)行嚴(yán)格的控制和檢驗(yàn)，并在底基層開工一個(gè)月前，將取土場(chǎng)位置以及材料性能報(bào)監(jiān)理審批。

2)墊層及底基層的施工采用流水作業(yè)的方法，配合路基土方的施工進(jìn)度，逐段推進(jìn)至要求地點(diǎn)完成。

3)在任何情況下，粒料都要均勻，含水量適當(dāng)，無(wú)粗細(xì)顆粒離析現(xiàn)象。

4)在最佳含水量時(shí)遵循先輕后重的原則進(jìn)行碾壓，并碾壓至要求的壓實(shí)度。嚴(yán)禁在已經(jīng)完成的或正在碾壓的路段上調(diào)頭或急剎。

4.3 壓實(shí)度保障

1)安排專職人員指揮料場(chǎng)的清表和取料，并嚴(yán)格控制清表厚度和取料深度。如若少許黃土混雜，則應(yīng)對(duì)取料進(jìn)行均勻混合，不能過(guò)度集中在某一運(yùn)輸車內(nèi)，造成后期壓實(shí)不足。

2)盡量保證紅土礫料粒徑均勻，每層規(guī)格粒徑不應(yīng)過(guò)大，若紅土礫料粒徑不均勻，則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行擊實(shí)后才能均勻攤鋪碾壓。

3)若料場(chǎng)含水率超過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)含水率允許的范圍，應(yīng)對(duì)紅土礫料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)晾曬，如含水率偏小，可以進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)水，達(dá)到最佳含水率±1%后方可進(jìn)行碾壓。

4)按照盧旺達(dá)卡-魯路項(xiàng)目試驗(yàn)路段的碾壓工藝進(jìn)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(jìn)行振動(dòng)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(jìn)行揉搓碾壓，使粗顆粒排列更為緊密，土體碾壓更密實(shí)。

4.4 彎沉保障

1)試驗(yàn)前應(yīng)檢查試驗(yàn)儀器，并定期對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定。

2)加入2.0%的水泥劑量進(jìn)行穩(wěn)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(nèi)進(jìn)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(bǔ)上均勻的紅土礫料。

5)當(dāng)補(bǔ)水時(shí)，灑水車應(yīng)保持灑水的開啟，并勻速前進(jìn)，將局部含水率過(guò)大的紅土礫料清除，補(bǔ)上合適的紅土礫料。

6)若路床彎沉較大，應(yīng)翻開底基層，將路床頂取出，并用紅土礫料進(jìn)行回填，同時(shí)補(bǔ)水碾壓密實(shí)后再次鋪設(shè)紅土礫料進(jìn)行碾壓密實(shí)。

5 結(jié) 論

試驗(yàn)結(jié)果表明，2%水泥摻量下的水泥穩(wěn)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

水泥穩(wěn)定紅土礫料在盧旺達(dá)卡雍扎-魯蘇莫道路改擴(kuò)建工程(92 km)項(xiàng)目的成功實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，進(jìn)一步擴(kuò)大了紅土礫料這一優(yōu)質(zhì)天然原料的應(yīng)用范圍，為今后相關(guān)工程建設(shè)的開展提供了有益的借鑒。

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