公路工程压实红黏土弹性模量试验分析.pdf

1、总661期2023年第31期（11月 上）1 工程概况某公路工程沿线分布大量红黏土，红黏土液限较高，一般情况下不适用于路基填料。但本工程受造价控制、红黏土数量大、换填难度高等因素的影响，决定采红黏土作为路基填料。路基工程完工后，在短时间内各项指标能够达到路用性能要求。由于本工程位于多雨湿润的地区，随着公路通车时间的增长，公路路基在干湿循环和行车荷载反复作用的环境下，使得水分进入路基中影响红黏土的回弹模量，所以有必要在路基施工前试验研究压实红黏土弹性模量，作为判断路基强度的依据。2 公路工程压实红黏土弹性模量试验2.1 红黏土基本物理性质本试验采用的红黏土样本来自公路沿线地基土，从地表处取土，土

2、质较为均匀，含有少量的小石块、植物残体以及其他杂质。红黏土呈黄褐色、棕红色，土样为粒状，天然含水量较高，黏聚性相对较大，符合红黏土的典型性特征。本文对红黏土的基本物理指标进行试验，以掌握压实红黏土的力学性质。2.1.1 天然含水率试验此项物理性能指标主要反映土样的干湿程度，在试验中采用酒精燃烧法、烘干法进行试验检测，再根据土中水的质量与土颗粒质量比重计算含水率。本试验土样天然含水率平均值为37.56%。2.1.2 密度试验采用环刀法试验测定原状土密度，根据湿土质量与试样体积的比值求出土的湿密度，再结合考虑含水率因素，计算得出土样的干密度。本试验土样的环刀质量为44.56 g，环刀加土质量为15

3、0.44 g，环刀体积为60 cm，土样湿密度为1.76 g/cm，土样干密度为1.279 4 g/cm。2.1.3 颗粒分析试验采用筛分法试验分析土样颗粒，试验检测结果为：粒 径 小 于 40、20、10、5、2、1、0.5、0.25、0.10、0.075 mm 的颗粒含量分别为 100%、88.8%、72.4%、62.4%、34.5%、12.4%、9.4%、7.23%、5.6%、0.76%；土样不均匀系数为5.29，曲率系数为1.25，判定土样为不均匀土，级配良好。2.1.4 界限含水率试验液限、塑限两项指标是土样分类的重要指标，在试验检测过程中采用液塑限联合测定仪进行检测，先将土样调成膏

4、状，再将其放置在检测仪器上测定土样液塑限1。试验结果为：土样塑限为37.4%，塑性指数为19.6，液限为57%，液性指数为0.008 16，判断土样为高液限黏土，属于硬塑土。2.1.5 重型击实试验采用湿法和干法试验测定最佳含水量、最大干密度，再通过重型击实试验确定两者的次数变化关系。1）湿法。适用于含水量较高土样的试验检测，此类土样只需人工去除土样中的杂质，不用筛分土粒，对土样击实，风干处理剩余土样，含水量递减速率为2%3%，之后再闷料24 h，得到最终试样。2）干法。采用四分法取样，共取5盆土样，每盆土样含水率以2%3%的增幅进行配制，闷料24 h后用于击实试验。湿法的击实次数为94次、6

5、8次、50次。3）试验结果。湿法检测的土样最大干密度为1.72 g/cm，最佳含水量为36.4%；干法检测的土样最大干密度为1.74 g/cm，最佳含水量为34.6%。根据试验检测结果可知，采用干法试验检测的最大干密度相对更大，采用湿法试验检测的最佳含水量相对更大。原因在于湿法检测得到的最佳含水量包括矿物结合水，导致湿法下的最佳含水率相对较大，最收稿日期：2023-03-16作者简介：张锐敏（1985），男，工程师，从事公路桥梁施工工作。公路工程压实红黏土弹性模量试验分析张锐敏（中建路桥集团有限公司，河北 石家庄 050000）摘要：为确保路表弯沉值达到技术规范要求，延长公路使用寿命。以某公路

6、工程为依托，分析压实红黏土弹性模量试验的应用。研究表明，采用红黏土作为公路路基填料前，需通过试验确定红黏土基本物理性质，按照弹性模量试验方法对压实红黏土进行弹性模量试验，分析干湿循环作用下压实红黏土回弹模量的衰减规律，为设计红黏土路基弹性模量值提供依据。关键词：公路工程；压实红黏土；弹性模量中图分类号：U416.2文献标识码：B88交通世界TRANSPOWORLD大干密度相对较小，由于在路基施工中会存在结合水，且结合水很难去除，因此湿法检测结果更加贴合实际。4）击实试验。在击实次数为94次的试验条件下，配土含水率为37.4%，土重4 245 g，湿密度为2.34 g/cm，击实后含水率为36.

7、43%，干密度为1.718 1 g/cm。根据试验结果可知，在最佳含水率的情况下击实土样能够达到最大干密度，随着击实次数的增加，最大干密度也随之增大，因此在红黏土路基施工中需采用适当增加压实次数的方式提高土体密实度2。2.2 弹性模量试验方法2.2.1 试验原理在弹性模量测定中采用室内试验测定回弹模量，通过对试件加载卸载，测定一级荷载下的回弹变形。在测定过程中，要考虑承载板单位压力、承载板直径、单位压力回弹变形和土的泊松比等系数。测定后，需要对回弹模量数据进行处理，运用修正系数调整回弹变形，确保回弹模量的测定条件与实际施工环境更加接近3。2.2.2 试验仪器采用最大压力为1 500 N的杠杆压

8、力仪；直径5 cm、高8 cm的承载板；内径10 cm、高12.7 cm的试筒，金属材质，试筒套环高为5 cm；2块千分表；1只秒表。2.2.3 试验步骤1）在晴天干燥条件下取土样，取土时用橡皮锤敲碎大粒径土样，用5 mm筛对土样筛分，将筛余土样带回实验室。2）对土样进行风干处理，采用酒精燃烧法测定土样含水率；配置一定质量的试样，加入一定量水，测定试样所需干密度、压实度、最大干密度、所需原土样质量、土样原始含水量、土样湿密度4。3）根据计算得到的数据，用电子天平称量所需的土样质量，准备不锈钢盆，将土样放入盆中，加入水并搅拌均匀，测定土样含水率是否达到所需含水率，用保鲜膜包裹土样，闷料一夜。闷料

9、后进行重型击实试验。4）采用大击实筒，执行重型击实标准，分层加料后压实，共分三层加料；制备土样后，采用回弹模量仪测定土的回弹模量。2.3 干湿循环作用下压实红黏土回弹模量试验2.3.1 先干后湿试验1）试样制备。制备20组标准击实试样，试样直径均为 15.2 cm，高为 12.0 cm。试样压实度分别为 85%、90%、93%、96%，含水率分别为 29%、32%、34.6%、37%、40%。如试样1号要求的压实度为85%，要求含水量为 29%，实际压实度为 84.6%，实际含水率为29.5%；试样2号的要求压实度为90%，要求含水量为29%，实际压实度为90.2%，实际含水率为28.7%。一

10、直检测到试样 20 号，要求平均试样含水率误差控制在1%以内。2）试验方案。在烘箱内放入试样，烘箱温度为106，启动烘干并烘干24 h，此时试样含水率不会再降低；取出试样，用注射器对试样加水，使试样达到初始含水率；用保鲜膜覆盖试样，闷料24 h，对试样进行回弹模量试验。上述步骤为一次干湿循环试验，共完成后4次。3）试验结果。干湿循环中试样共20组，下面选取压实度93%，含水率34.6%的试样进行举例说明。第一次干循环，土样出现收缩，表面平整，未见凸起，伴有微小裂缝；第一次湿循环，土样在容器内膨胀，粉状颗粒出现在表面；第二次干循环，土样发生收缩变化，粉状小颗粒脱离表面；第二次湿循环，土样在容器内

11、膨胀，粉状颗粒出现在表面；第三次干循环，土样发生收缩，粉状大颗粒脱离表面；第三次湿循环，土样在容器内膨胀，粉状颗粒出现在表面；第四次干循环，土样出现收缩，大颗粒从表面脱离，表面发生裂缝；第四次湿循环，试样在容器内膨胀，表面上有粉状颗粒；第五次干循环，土样出现收缩现象，大颗粒从表面脱离，表面发生较大裂缝；第五次湿循环，土样在容器内膨胀，有粉状颗粒形成。从五次干湿循环的土样性状来看，试样在干的条件下收缩，在湿的条件下膨胀，随着干湿循环的次数增加，土样出现裂缝，并且粉状颗粒脱离越来越严重。4）试样回弹模量值与干湿循环次数关系。根据五次干湿循环试验结果，分析压实红黏土回弹模量与干湿循环次数的关系：第一

12、次干湿循环衰减度较大，此后干湿循环的回弹模量衰减斜率下降；土样压实度越大，回弹模量衰减幅度越大；在干湿循环后，压实红黏土最终回弹模量变化幅度在1015 MPa；干湿循环后，土样回弹模量值变化与含水率变化、压实度变化规律趋于一致，差值逐步缩小5。5）试验结论。通过本次试验，主要得出以下三个结论：结论一，土样烘干时收缩，增湿时膨胀，干湿循环过程中出现表面裂缝，土体以粉状颗粒形式脱落，随着干湿循环次数的增加，裂缝和土地脱离现象逐步严重；结论二，随着干湿循环次数增加，红黏土回弹模量减小，在五次干湿循环试验中，第一次的回弹模量衰减幅度最大，之后趋于平缓；结论三，干湿循环后，回弹模量值与含水率变化趋于一致

13、，压实度变化与初始回弹模量趋于一致。2.3.2 先湿后干试验1）试样制备。制备4组重型击实试样，试样直径均为 15.2 cm，高为 12.0 cm。试样压实度分别为 85%、89总661期2023年第31期（11月 上）90%、93%、96%，初始含水率分别为34.6%；制备3组标准击实试样，试样直径均为15.2 cm，高为12.0 cm。试样压实度为 90%，含水率分别为 29%、32%、37%。制备试样后测定压实度、含水率、目标初始试样质量、实际初始试样质量以及加水后实际试样质量。根据试验检测结果表明，试样密度误差不超过0.01 g/cm，含水量误差不超过1%，所有试样符合要求。2）试验方

14、案。制备初始试样，对试样加水，使试样含水率达到40%为止。加水后闷料24 h，将试样放入106 的烘箱内烘干，促使试样含水率达到初始含水率34.6%，再测试回弹模量，完成5次干湿循环6。3）试验结果。随着烘干时间的变化，每间隔一定时间测量一次试样质量，分析试样含水率随时间变化的 规 律。如，试 样 压 实 度 84.83%，试 样 含 水 率34.6%，烘干时间 0、0.5、1、2、3 h的试样质量分别为 4 498.51、4 475、4 450、4 400、4 325 g，试样含水率分别为 40%、39.27%、38.49%、36.93%、34.6%。其他试样检测结果略。当试样压实度分别为

15、85%、90%、93%、96%时，试样含水率从40%降至34.6%需要烘干3 h，可见随着烘干时间的延长，压实度对试样含水率降幅影响不大。4）试样回弹模量值与干湿循环次数关系。分别检测试件在五次干湿循环后的回弹模量值变化，检测结果为：当压实度为84.83%，含水率为34.6%时，试样0次循环回弹模量 42.59 MPa，1 次循环回弹模量 22.34MPa，2次循环回弹模量19.97 MPa，3次循环回弹模量18.47 MPa，4次循环回弹模量15.97 MPa，5次循环回弹模量 14.65 MPa；当压实度为 90.04%，含水率为 29%时，试样0次循环回弹模量118.33 MPa，1次循

16、环回弹模量 38.03 MPa，2次循环回弹模量 33.28 MPa，3次循环回弹模量30.72 MPa，4次循环回弹模量28.52 MPa，5次循环回弹模量26.62 MPa。其他试样检测结果略。根据检测数据可知，随着干湿循环次数的增加，试样回弹模量随之减小，第一次循环的衰减幅度最大，衰减幅度随着含水率的降低而增大，随着压实度的增高而增大。多次干湿循环后，衰减幅度变小，最终回弹模量相差范围在1525 MPa7。5）试验结论。本次先湿后干循环试验主要得出以下三个结论，基本与先干后湿试验结论相同：结论一，随着干湿循环次数的增加，压实红黏土回弹模量随之减小，第一次循环的回弹模量衰减最大；结论二，试

17、样含水率越低、压实度越高，其回弹模量衰减幅度越大，之后衰减幅度逐步减小，最终回弹模量相差范围为1525 MPa；结论三，干湿循环后，压实红黏土回弹模量值与含水率变化趋于一致，压实度变化与初始回弹模量趋于一致。2.3.3 不同干湿循环下的回弹模量比较1）试验方法比较。先干后湿试验先降低试件含水率，再向试件加水到初始含水率，而先湿后干试验先对试件加水，提升含水率至40%，再通过烘干降低试件含水率，达到初始含水率要求；先干后湿试验与先湿后干试验所用烘干时间分别为24 h、3 h。2）实验结论比较。先干后湿与先湿后干试验方法下的压实红黏土回填模量不同，前者回弹模量衰减幅度相对较大8；两种试验方法下，随

18、着干湿循环次数的增长，压实红黏土回弹模量的变化规律一致，都是第一次干湿循环衰减幅度大，后四次衰减幅度减小，且最终回弹模量均在1015 MPa范围内。3 结束语在公路工程施工前，对红黏土基本物理性能指标进行试验分析，掌握影响红黏土回弹模量的因素，在先干后湿和先湿后干的试验条件下测定压实红黏土的回弹模量，确定干湿循环作用下压实红黏土回弹模量的衰减规律，为路面设计选取合理的回填模量值，判断压实红黏土的物理力学性能是否满足路用性能要求。在压实红黏土弹性模量试验分析基础上，优化调整压实红黏土路基施工方案。参考文献：1 李华军.公路工程红黏土路基的病害与处治探讨J.科技信息，2012（21）：398，41

19、3.2 王跃飞，胡惠华，马德青.湖南残积红黏土工程特性及其对公路建设的影响J.湖南交通科技，2016（4）：14-17，32.3 麻军.路基工程中红黏土的处理方法J.内蒙古科技与经济，2010（24）：94-95.4 刘荣.贵阳绕城高速红黏土变形与强度特性研究J.交通科技，2017（2）：34-37.5 郑宏伟，孙志萍.改良粉黏土路基施工技术在公路工程中的应用J.华东公路，2022（2）：78-79.6 周逸，袁建议，程建华.公路软黏土层注浆试验分析及效果评价J.湖北理工学院学报，2018（3）：56-61.7 王小平，张伟华，万智.细粒土的压实和CBR强度特性与公路潮湿黏土路基填筑控制标准研究J.湖南交通科技，2009（4）：33-36，132.8 张麒蛰.高液限红黏土路基修筑技术探讨J.水利与建筑工程学报，2007（1）：83-85.90