红粘土路用工程性质研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 4 4 1.37MB 80 页 15积分
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摘 要
红粘土是我国区域性分布的特殊土类之一，主要分布在南方，如湖南、广东、
广西、贵州、云南、江西、福建等省份，分布面积达 68 万平方公里。随着国家发
展战略向中西部的调整，公路作为经济发展的重要手段，亦将以前所未有的步伐
进入新的建设阶段，红粘土作为中西部地区公路工程建设赖以生存的环境、地基
基础和天然路基填筑材料，在公路工程实践中的应用是不容忽视的。
红粘土的工程性质较为特殊，一方面具有高含水率、高孔隙比、高液塑限、
低密度、压实困难等不良物理性质，另一方面却拥有中-低压缩性、较高地基强度
等良好的力学特性。我国南方地区潮湿多雨，红粘土在干湿循环的作用下土体结
构易受到破坏，稳定性与强度下降，存在很大的工程隐患。国内对利用红粘土进
行路基修筑的研究仍不完善，在后续公路的修筑过程中还存在大量红粘土的修筑
问题，如何更好的利用红粘土这种天然筑路材料进行填筑，找到合理的压实与施
工工艺、施工参数等控制指标，发挥其应有的工程性质；如何针对红粘土湿胀干
缩、裂隙发育及分布不均的不良特性进行路基设计与防护，避免、减少路基灾害
的发生等，都是迫切需要深入研究并解决的课题。
本文在总结前人的研究基础上，对红粘土进行了大量土工试验，掌握了红粘
土的基本物理、力学性质及主要工程特性，为红粘土的设计与施工奠定了基础。
在路用性质试验中，通过改变试件制备方法，发现采用湿土法进行重型击实来确
定最大干密度与最佳含水量更符合实际施工过程；在 CBR 试验中发现，试件在浸
水24～48 小时的条件下，在最佳含水量附近能获得较高的 CBR 值、较好的水稳
定性。
在红粘土的填筑碾压试验中，通过不同试验方案的比选、实施、分析与总结，
确定了最佳碾压方案，并且提出了红粘土填筑碾压的施工工艺、施工参数及关键
控制措施。调查发现，干湿循环是造成红粘土结构破坏，路基强度和稳定性下降
并最终导致红粘土路基病害的主要原因。确定红粘土路基设计的原则:一是改善路
基土的性质与压实控制；二是隔离水对路基土的影响，减少干湿循环，保证路基
稳定。针对红粘土干缩湿胀的特性，在边坡防护设计上采用了拱行骨架植被防护
的综合方案。
关键词:红粘土，含水率，压实度，CBR 值，路基碾压
ABSTRACT
Red clay is one of the regional distributed special soil types in China, which can be
found mainly in the South, such as Hunan, Guangdong, Guangxi, Guizhou, Yunnan,
Jiangxi, Fujian and other provinces with a total area of 68 square kilometers. Along with
the national development strategy adjusted to the Midwest, roads as an important means
of economic development will also step into a new construction phase at an
unprecedented pace. Red clay thus plays a role cannot be neglected in practical
application of highway engineering since it is the survival environment, foundation base
and natural subgrade filling material of road construction in the central and western
regions.
The engineering property of red clay is very special. On the one hand, it has
undesirable physical properties such as high moisture content, high void ratio, high
liquid and plastic limits, low density and difficult compaction; on the other hand, it has
other good mechanical properties like medium-low compression and higher foundation
intensity. Under the impact of wet and dry cycles, stability and strength of the red clay
subgrade decline, easy to result in slope instability, uneven foundation settlement and
pavement cracking. How to make better use of natural road materials like red clay for
filling, find reasonable control indicators such as compaction and construction
technology as well as construction parameters to bring its natural engineering properties
into full play; and how to conduct subgrade design and protection according to red clay
properties, avoid and reduce roadbed disasters, are all urgent subjects need in-depth
study and resolve.
Summarize and draw lessons on the basis of previous studies, large number of soil
test are done on red clay to master its basic physical, mechanical properties and major
engineering properties, thus lay a foundation for red clay design and construction. In the
experiment of the road using nature, by changing the specimen preparation methods, it
is found that using wet soil method for heavy compaction to determine the maximum
dry density and optimum moisture content is more in line with the actual construction
process; in the CBR test it is found that specimens can get a higher CBR value and
better water stability near the optimum water content under the conditions of 24-28
hours immersion.
In the red clay filling and rolling tests, through comparison and selection of
different test programs, it determined the rolling program and proposed construction
process, construction parameters and key control measures for red clay filling and
rolling. From the survey, it found that wet and dry cycle the main reason for red clay
structural damage, subgrade strength and stability decline and eventually the red clay
subgrade defects. Design principles of red clay subgrade are determined to be: first,
improve the properties and compaction control of subgrade soil; second, isolate the
impact of water on subgrade soil and reduce wet and dry cycle to ensure the stability of
subgrade. Also, for the shrinkage and swelling characteristics of red clay, it proposed an
integrated program to apply arch vegetation protection into the design of slope
protection.
Key Word: Red clay, Water content, Compaction, CBR value, Roadbed
rolling
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 ..............................................................................................................1
§1.1 论文背景和研究意义 ..................................................................................1
§1.1.1 论文背景 ...............................................................................................1
§1.1.2 研究意义 ...............................................................................................2
§1.2 红粘土研究的历史与现状 ..........................................................................3
§1.2.1 红粘土研究的历史 ...............................................................................3
§1.2.2 红粘土研究的现状 ...............................................................................3
§1.3 研究内容及技术路线 ..................................................................................8
§1.3.1 主要研究内容 .......................................................................................8
§1.3.2 技术路线 ...............................................................................................9
第二章 红粘土的基本性质 ....................................................................................10
§2.1 红粘土的定义及分布 ................................................................................10
§2.2 红粘土的成因 ............................................................................................10
§2.2.1 地形地貌与气候条件 .........................................................................10
§2.2.2 红粘土形成过程 ................................................................................. 11
§2.3 红粘土的工程分类 .................................................................................... 11
§2.3.1 按土的塑性图分类 .............................................................................12
§2.3.2 按成土母岩性质分类 .........................................................................13
§2.3.3 按裂隙发育特征分类 .........................................................................14
§2.3.4 按稠度状态分类 .................................................................................14
§2.3.5 按复浸水特性分类 .............................................................................14
§2.3.6 按土的成因分类 .................................................................................15
§2.4 红粘土的物质组成 ....................................................................................15
§2.5 红粘土的结构特性 ....................................................................................16
§2.5.1 红粘土的宏观结构 .............................................................................16
§2.5.2 红粘土的微观结构 .............................................................................17
第三章 红粘土的路用性能研究 ............................................................................19
§3.1 现场土样的采集制备 ................................................................................19
§3.2 试验项目及分析 ........................................................................................20
§3.2.1 红粘土的颗粒分析试验 .....................................................................20
§3.2.2 红粘土的物理性质试验 .....................................................................21
§3.2.3 红粘土的物理状态试验 .....................................................................25
§3.2.4 红粘土的力学性质试验 .....................................................................26
§3.3 本章小结 ....................................................................................................38
第四章 红粘土路基填料的应用 ............................................................................41
§4.1 项目背景 ....................................................................................................41
§4.2 工程概况 ....................................................................................................41
§4.2.1 地理位置及气候条件 .........................................................................41
§4.2.2 地层岩性及水文地质特征 .................................................................42
§4.2.3 设计标准及工程规模 .........................................................................42
§4.2.4 主要岩土工程问题 .............................................................................43
§4.3 试验路段的选取 ........................................................................................44
§4.4 红粘土击实试验 ........................................................................................44
§4.5 红粘土翻晒试验 ........................................................................................46
§4.6 红粘土碾压实验 ........................................................................................47
§4.6.1 路基施工碾压流程 .............................................................................48
§4.6.2 机械作业流程 .....................................................................................49
§4.6.3 路基填筑施工方法 .............................................................................50
§4.7 碾压方案选择 ............................................................................................51
§4.7.1 红粘土振动平碾碾压 .........................................................................52
§4.7.2 红粘土振动凸块碾碾压 .....................................................................55
§4.7.3 红粘土组合碾压 .................................................................................58
§4.8 本章小结 ....................................................................................................60
第五章 红粘土路基设计及经济分析 ....................................................................62
§5.1 路基设计 ....................................................................................................62
§5.1.1 红粘土路基主要病害及原因分析 .....................................................62
§5.1.2 红粘土路基设计及边坡防护 .............................................................62
§5.2 经济分析 ....................................................................................................69
第六章 结论与建议 ................................................................................................70
§6.1 本文结论 ....................................................................................................70
§6.2 建议 ............................................................................................................71
参考文献 ....................................................................................................................72
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果......................................... 76
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 论文背景和研究意义
§1.1.1 论文背景
随着国家发展战略向中西部的调整，中西部基础设施建设进入迅猛发展阶段。
公路作为经济发展的重要手段，亦将以前所未有的步伐进入新的建设阶段。根据
交通运输部规划，到 2015 年，西部地区高速公路总里程将达到 3.6 万公里，西部
干线公路基本实现高等级化；到 2030 年，将完成“7918 高速公路网”的全部高速
公路网建设任务，总规模约 8.5 万公里。新建路网的不断扩大，在红粘土地区修筑
的公路也日益增多。由于国内对红粘土路基修筑缺乏针对性的研究，在公路新建
过程中遭遇了许多问题。
红粘土是一种特殊的路基填筑材料，天然含水率高、高液塑限、厚度分布不
均、压实相当困难，很难满足规范中对路基压实度的要求；另一方面，南方地区
潮湿多雨，在干湿循环的作用下红粘土湿胀干缩、裂隙发育，强度与稳定性下降，
若不及时进行针对性的设计及防护处理，会存在一定的工程隐患。公路的修筑过
程中，由于缺少相应的修筑、碾压措施，在不得以的情况下，对红粘土这种天然
的路基填料常采取弃土换填的办法。我国不同区域的社会经济发展水平参差不齐，
特别是西部地区，投资有限与地方经济发展存在一定矛盾，如何实现公路的建设
与区域的经济、社会、环境发展相协调成为急待解决的问题。
贵州是典型的喀斯特地形，碳酸盐系地层是贵州省的主要岩性地层之一，据
统计，碳酸岩类岩石出露面积约占全省的 50%以上，红粘土是覆盖在碳酸盐岩系
地层上的主要土类，也是中国七大类特殊土之一。贵州省在进行工程建设中涉及
最多的土类就是红粘土，红粘土作为天然的地基基础与路基填筑材料，所具有的
特殊工程属性在工程实践中是不可以忽视的。贵州省不断紧紧抓住国家实行积极
财政政策和适度宽松货币政策的机遇，对未来公路建设做了详细规划；力争省境
内国家高速公路网项目 2012 年全部建成，到 2018 年全省高速公路通车总里程达
到4000 公里，其中国家高速公路 2332 公里，地方高速公路 1700 公里，实现全省
“县县通高速公路”的目标。2030 年前完成路网规划的所有项目，建成总规模约 6851
公里的高速公路，形成“六横七纵八联线”的高速公路网络，实现高速公路联片成网。
在后续将要建设的各等级公路中，不可避免的会面对红粘土路基填料的设计、
修筑、碾压及防护等问题，如何更好的利用红粘土这种天然筑路材料进行填筑，
找到合适的碾压与施工的工艺、施工参数等控制指标，发挥其应有的工程性质；
摘要：

摘要红粘土是我国区域性分布的特殊土类之一，主要分布在南方，如湖南、广东、广西、贵州、云南、江西、福建等省份，分布面积达68万平方公里。随着国家发展战略向中西部的调整，公路作为经济发展的重要手段，亦将以前所未有的步伐进入新的建设阶段，红粘土作为中西部地区公路工程建设赖以生存的环境、地基基础和天然路基填筑材料，在公路工程实践中的应用是不容忽视的。红粘土的工程性质较为特殊，一方面具有高含水率、高孔隙比、高液塑限、低密度、压实困难等不良物理性质，另一方面却拥有中-低压缩性、较高地基强度等良好的力学特性。我国南方地区潮湿多雨，红粘土在干湿循环的作用下土体结构易受到破坏，稳定性与强度下降，存在很大的工程隐...

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