湖南省红粘土工程特性及红粘土路基施工PPT学习教案

1、会计学1 湖南省红粘土工程特性及红粘土路基施湖南省红粘土工程特性及红粘土路基施 工工 （1）成因）成因。红粘土液限红粘土液限(WL)大于大于50，主要为，主要为残积、坡积或坡残积、坡积或坡 残积成因残积成因。形成的红粘土经再搬运堆积，仍保留其基本特。形成的红粘土经再搬运堆积，仍保留其基本特 征且液限大于征且液限大于45的称次生红粘土，一般为冲积、冲洪积成因的称次生红粘土，一般为冲积、冲洪积成因 ，其工程性质保留了红粘土的基本特征。，其工程性质保留了红粘土的基本特征。 1.1 成因与分布特征成因与分布特征 1 红粘土工程特性红粘土工程特性 第1页/共31页 （2）分布特征）分布特征 湖南红粘土主

2、要发育于地湖南红粘土主要发育于地 形舒缓、波状起伏的剥蚀夷平形舒缓、波状起伏的剥蚀夷平 台地、岩溶断陷盆地及岩溶谷台地、岩溶断陷盆地及岩溶谷 地两侧丘陵坡脚。发育于坡脚地两侧丘陵坡脚。发育于坡脚 的红粘土主要为残积、坡残积的红粘土主要为残积、坡残积 成因的原生红粘土，而分布于成因的原生红粘土，而分布于 盆地、谷地中心的红粘土主要盆地、谷地中心的红粘土主要 为冲积、冲洪积成因的次生红为冲积、冲洪积成因的次生红 粘土。粘土。 1.1 成因与分布特征成因与分布特征 1 红粘土工程特性红粘土工程特性 第2页/共31页 其基本特征是：其基本特征是： 由地表向下，上部呈坚硬至硬塑状，厚度一般为由地表向下，

3、上部呈坚硬至硬塑状，厚度一般为l020m ，最厚超过，最厚超过30m，占红土层的大部分。，占红土层的大部分。 可塑软塑、流塑状态只占小部分，主要发育于近下伏可塑软塑、流塑状态只占小部分，主要发育于近下伏 基岩面的溶蚀沟、槽底部，多呈透镜体状小范围产出。基岩面的溶蚀沟、槽底部，多呈透镜体状小范围产出。 裂隙较发育，常发育网状裂隙，一般可延伸到地下裂隙较发育，常发育网状裂隙，一般可延伸到地下23 m，在雨水作用下，易形成滑坍。，在雨水作用下，易形成滑坍。 盆地、谷地、洼地的次生红粘土土层多为软土区。盆地、谷地、洼地的次生红粘土土层多为软土区。 1.1 成因与分布特征成因与分布特征 1 红粘土工程特

4、性红粘土工程特性 第3页/共31页 （1）湖南红粘土矿物组成以）湖南红粘土矿物组成以石英和高岭石为主石英和高岭石为主，石英，石英+高岭高岭 石的含量大于石的含量大于80 ，大部分矿物为酸性环境中形成，母矿成，大部分矿物为酸性环境中形成，母矿成 分对其物理力学性质影响较大；（分对其物理力学性质影响较大；（2）红粘土化学成分）红粘土化学成分 SiO2+Al2O3 值一般介于值一般介于7076 ，石英的化学性质稳定，石英的化学性质稳定， 具有较强的抗水性和抗风化能力，亲水性弱；（具有较强的抗水性和抗风化能力，亲水性弱；（3）典型的高）典型的高 岭石可塑性，岭石可塑性，压缩性低，亲水性差，水稳性较好压

5、缩性低，亲水性差，水稳性较好。这种化学。这种化学 特性是造成红粘土具有特性是造成红粘土具有高液限、高塑指、难失水高液限、高塑指、难失水的重要原因的重要原因 。 1.2 物质组成及结构特征物质组成及结构特征 1 红粘土工程特性红粘土工程特性 第4页/共31页 湖南红粘土裂隙属于不发育或者不太发育状况，按照湖南红粘土裂隙属于不发育或者不太发育状况，按照公公 路路基设计规范路路基设计规范划分，其土体结构绝大部分应归属于致密划分，其土体结构绝大部分应归属于致密 块状，少数为巨块状。块状，少数为巨块状。 1.2 物质组成及结构特征物质组成及结构特征 1 红粘土工程特性红粘土工程特性 第5页/共31页 1

6、.3 物理性质物理性质 1 红粘土工程特性红粘土工程特性 第6页/共31页 根据室内试验，红粘土主要物理性质指标见表根据室内试验，红粘土主要物理性质指标见表2。从表。从表2数据可数据可 知：知： 湖南红粘土具有湖南红粘土具有土质均匀、细腻、粘性强的特征土质均匀、细腻、粘性强的特征，其粘粒含，其粘粒含 量相当高，平均达量相当高，平均达88.8 ； 天然含水率一般接近于塑限含水率天然含水率一般接近于塑限含水率 ，随地表深度的增大而增大；，随地表深度的增大而增大； 孔隙比为孔隙比为1左右左右，这是湖南红粘土，这是湖南红粘土 的重要特征；的重要特征； 饱和度较大，平均为饱和度较大，平均为89.3 ；

7、最大干密度则越最大干密度则越 接近于灰岩时越小，干密度变化较大，接近于灰岩时越小，干密度变化较大，0.881.80g/cm ； 液限液限 、塑限、塑性指数均较高，具有、塑限、塑性指数均较高，具有高塑性、高含水性和低密度的特性高塑性、高含水性和低密度的特性 ，渗透系数较小，一般为典型的不透水层，渗透系数较小，一般为典型的不透水层。 同种状态的红粘土的各项物理性质指标分布范围较广，离散性同种状态的红粘土的各项物理性质指标分布范围较广，离散性 大，说明红粘土的土质均一性较差。与所位地理位置、埋深关系密大，说明红粘土的土质均一性较差。与所位地理位置、埋深关系密 切。切。 1.3 物理性质物理性质 1

8、红粘土工程特性红粘土工程特性 第7页/共31页 1.4 力学性质力学性质 从上表可知，湖南红粘土具有下列力学特性：从上表可知，湖南红粘土具有下列力学特性：压缩性不高压缩性不高 ，其压缩系数平均为，其压缩系数平均为0.32MPa-1，压缩模量平均为，压缩模量平均为7.5MPa，属，属 于于中等或者中等偏低压缩性土中等或者中等偏低压缩性土；抗剪强度均较高抗剪强度均较高，尤其是粘聚，尤其是粘聚 力值较粘性土大得多。力值较粘性土大得多。 1 红粘土工程特性红粘土工程特性 第8页/共31页 1.5 膨胀性与复浸水特性膨胀性与复浸水特性 土自由膨胀率平均为土自由膨胀率平均为 42.5 ，属于具有，属于具有

9、弱膨胀弱膨胀 潜势潜势的土；湖南红粘土线的土；湖南红粘土线 缩率平均为缩率平均为6.1 ，体缩，体缩 率平均为率平均为16.4 ，收缩系，收缩系 数平均为数平均为0.36，具有，具有弱至弱至 中等收缩性中等收缩性。 1 红粘土工程特性红粘土工程特性 第9页/共31页 1 红粘土工程特性红粘土工程特性 1.5 膨胀性与复浸水特性膨胀性与复浸水特性 I类组数略大于类组数略大于类类 组数。挖方路基设计应组数。挖方路基设计应 注意复浸水注意复浸水I类红粘土类红粘土 的开挖面土体干缩导致的开挖面土体干缩导致 裂隙发展及复浸水使土裂隙发展及复浸水使土 质产生变化的不利影响质产生变化的不利影响 ，应引起高度

10、重视。，应引起高度重视。 第10页/共31页 1 红粘土工程特性红粘土工程特性 湖南地处我国南方，气候潮湿多雨，由于特殊的气候及地质条湖南地处我国南方，气候潮湿多雨，由于特殊的气候及地质条 件，广泛分布着红粘土，其普遍具有件，广泛分布着红粘土，其普遍具有“高液限高液限（50%80%）、）、高塑高塑 性指数性指数（IP26%）、）、高天然含水率高天然含水率（30%45%）”的特点；的特点；压缩压缩 性不高性不高，属于中等或者中等偏低压缩性土；，属于中等或者中等偏低压缩性土；抗剪强度均较高抗剪强度均较高，尤其，尤其 是粘聚力值较粘性土大得多；属于是粘聚力值较粘性土大得多；属于具有弱膨胀潜势的膨胀土

11、具有弱膨胀潜势的膨胀土；具有具有 弱至中等收缩性弱至中等收缩性。高含水率、压实困难、干缩开裂和路用性能不稳高含水率、压实困难、干缩开裂和路用性能不稳 定成为红粘土应用的主要障碍定成为红粘土应用的主要障碍。废弃红粘土换填其它好的路基填料。废弃红粘土换填其它好的路基填料 需要新征弃土场与取土场，在当前环保要求不断加强和用地日趋紧需要新征弃土场与取土场，在当前环保要求不断加强和用地日趋紧 张的状况下，废弃换填的简单办法将越来越不可行，充分利用红粘张的状况下，废弃换填的简单办法将越来越不可行，充分利用红粘 土填筑路基是发展的方向与必然趋势。土填筑路基是发展的方向与必然趋势。 第11页/共31页 1 红

12、粘土工程特性红粘土工程特性 红粘土掺加固化剂进行改良处理的办法在国内外均有应红粘土掺加固化剂进行改良处理的办法在国内外均有应 用。用。固化剂主要是石灰、水泥等粉体材料固化剂主要是石灰、水泥等粉体材料，是基于红粘土的天，是基于红粘土的天 然含水量高，掺加粉体材料可以降低天然含水量和塑性指数，然含水量高，掺加粉体材料可以降低天然含水量和塑性指数， 改善可压实性与强度，室内试验效果良好。但红粘土改善可压实性与强度，室内试验效果良好。但红粘土过湿结团过湿结团 ，掺加固化剂虽在室内试验可行，但，掺加固化剂虽在室内试验可行，但现场拌和非常困难现场拌和非常困难。若是。若是 采用宝马拌和设备进行拌和，成本过高

13、，难以推广应用。另外采用宝马拌和设备进行拌和，成本过高，难以推广应用。另外 掺加固化剂也将大幅增加工程投资。掺加固化剂也将大幅增加工程投资。 对于液体类固化剂我国也进行了试用，但仅限于少量的对于液体类固化剂我国也进行了试用，但仅限于少量的 试验路段，由于试验路段，由于液体固化剂液体固化剂的喷洒需要掺水稀释，的喷洒需要掺水稀释，更进一步增更进一步增 加红粘土的含水量加红粘土的含水量，碾压碾压更加困难，因此其应用非常局限。更加困难，因此其应用非常局限。 第12页/共31页 1 红粘土工程特性红粘土工程特性 工程表明，高液限土在一定条件下的强度、水稳性及压缩工程表明，高液限土在一定条件下的强度、水稳

14、性及压缩 性均满足路基规范对填料的要求，性均满足路基规范对填料的要求，只要控制合适的稠度，高液只要控制合适的稠度，高液 限土的强度限土的强度CBR值完全能够超过值完全能够超过8，大于我国北方的一些低液大于我国北方的一些低液 限土，因此限土，因此通过一定的施工工艺控制完全可以直接应用于路基通过一定的施工工艺控制完全可以直接应用于路基 填筑填筑，且路基质量良好。，且路基质量良好。 第13页/共31页 2 高液限红粘土路基填筑分类表高液限红粘土路基填筑分类表 第14页/共31页 2 高液限红粘土路基填筑分类表高液限红粘土路基填筑分类表 2.1 分类依据分类依据 对红粘土的路用性能有影响的因素很多，如

15、：液塑对红粘土的路用性能有影响的因素很多，如：液塑 性、粗颗粒含量、含水量（稠度）、土的结构性（原状土性、粗颗粒含量、含水量（稠度）、土的结构性（原状土 与重塑土的性能不同）、击实功、试验方法（与重塑土的性能不同）、击实功、试验方法（湿法与干法湿法与干法 不同不同）等。决定其基本性能的是前三项，即：）等。决定其基本性能的是前三项，即：液塑性、粗液塑性、粗 颗粒含量、含水量（稠度）颗粒含量、含水量（稠度），因此工程分类表以这三项为，因此工程分类表以这三项为 基础进行分类。基础进行分类。 第15页/共31页 2 高液限红粘土路基填筑分类表高液限红粘土路基填筑分类表 2.2 液塑性指标划分界限的确定

16、液塑性指标划分界限的确定 对于对于液限以液限以70、塑性指数以、塑性指数以40作为划分界限是对大量作为划分界限是对大量 高液限土样本进行统计分析的结果，当液限超过高液限土样本进行统计分析的结果，当液限超过70或塑指大或塑指大 于于40后其物理力学有明显的改变，如图后其物理力学有明显的改变，如图3-1、图、图3-2所示。所示。 第16页/共31页 2 高液限红粘土路基填筑分类表高液限红粘土路基填筑分类表 2.3 稠度指标划分界限稠度指标划分界限 稠度稠度=(WL-W)/IP。 含水率对于高液限土的路用性能有着巨大的影响，由于红粘含水率对于高液限土的路用性能有着巨大的影响，由于红粘 土的液限差别较

17、大，从土的液限差别较大，从50至至90间均有分布（甚至有超过间均有分布（甚至有超过100 的），因此在的），因此在相同的含水率时，不同红粘土的物理力学特性相同的含水率时，不同红粘土的物理力学特性 差距很大差距很大。而。而处于相同稠度的不同红粘土，其所处的湿度状处于相同稠度的不同红粘土，其所处的湿度状 态基本相同态基本相同，表现出的物理性质基本类似，因此可以准确反，表现出的物理性质基本类似，因此可以准确反 映高液限土的湿度状态。映高液限土的湿度状态。 第17页/共31页 2 高液限红粘土路基填筑分类表高液限红粘土路基填筑分类表 2.3 稠度指标划分界限稠度指标划分界限 第18页/共31页 2 高

18、液限红粘土路基填筑分类表高液限红粘土路基填筑分类表 2.3 稠度指标划分界限稠度指标划分界限 第19页/共31页 2 高液限红粘土路基填筑分类表高液限红粘土路基填筑分类表 2.3 稠度指标划分界限稠度指标划分界限 第20页/共31页 2 高液限红粘土路基填筑分类表高液限红粘土路基填筑分类表 2.3 稠度指标划分界限稠度指标划分界限 提出在稠度提出在稠度1.0,1.3范围内直接碾压利用红粘土，是基于范围内直接碾压利用红粘土，是基于 以下方面原因：以下方面原因： （1）在此范围内的红粘土的强度）在此范围内的红粘土的强度CBR值最高值最高，泡水前后，泡水前后 CBR值差别较小，膨胀量较小，值差别较小

19、，膨胀量较小，水稳性较好水稳性较好，路基填筑后能够，路基填筑后能够 确保路基的强度与长期稳定性。确保路基的强度与长期稳定性。 （2）在此稠度范围内）在此稠度范围内采取合适压实功采取合适压实功，红粘土的，红粘土的CBR强强 度度一般均一般均能满足规范要求能满足规范要求，压缩性较小，路基工后压缩变形较，压缩性较小，路基工后压缩变形较 小。若超出此范围则其小。若超出此范围则其CBR值未必能满足规范对填料的要求。值未必能满足规范对填料的要求。 （3）红粘土的天然稠度多在）红粘土的天然稠度多在0.91.3之间之间，经过，经过翻拌晾翻拌晾 晒晒，稠度能够降至稠度能够降至1.0以上以上，大部分红粘土可以利用

20、，在施工，大部分红粘土可以利用，在施工 上具有可操作性。上具有可操作性。 第21页/共31页 2 高液限红粘土路基填筑分类表高液限红粘土路基填筑分类表 2.4 粗颗粒含量粗颗粒含量 粗颗粒含量对强度粗颗粒含量对强度CBR值也有较大的影响，但含值也有较大的影响，但含 量少于量少于30%时效果不明显，故以此为界划分。时效果不明显，故以此为界划分。 第22页/共31页 2 高液限红粘土路基填筑分类表高液限红粘土路基填筑分类表 2.5 压实标准压实标准 对路基而言，不管采用何种材料（如对路基而言，不管采用何种材料（如EPS、粉煤灰、气、粉煤灰、气 泡混合轻质土）填筑，只要路基泡混合轻质土）填筑，只要路

21、基具有足够的强度与稳定性具有足够的强度与稳定性，较较 小的工后沉降量小的工后沉降量就能为路面提供良好的基础，对红粘土路基也就能为路面提供良好的基础，对红粘土路基也 是如此。是如此。 在我国现行的路基路面设计体系中，在我国现行的路基路面设计体系中，路基的压实度路基的压实度只是只是 控制路基填筑的手段控制路基填筑的手段，本身，本身对路基路面的结构设计不具有任何对路基路面的结构设计不具有任何 物理意义物理意义，我国路面结构设计采用的土基计算参数是，我国路面结构设计采用的土基计算参数是回弹模量回弹模量 和设计弯沉值和设计弯沉值，因此，因此强度和变形强度和变形控制才是路基质量控制的关键控制才是路基质量控

22、制的关键 。 第23页/共31页 2 高液限红粘土路基填筑分类表高液限红粘土路基填筑分类表 2.5 压实标准压实标准 大量试验数据表明，只要高液限土的稠度在大量试验数据表明，只要高液限土的稠度在1.0,1.3范围范围 内，内，压实度超过压实度超过88%后其后其CBR值均大于值均大于3，一般高于，一般高于5，甚至甚至 可超过可超过10，足以满足路基规范要求。，足以满足路基规范要求。 现场试验路铺筑表明，适当降低压实度实际施工中能够现场试验路铺筑表明，适当降低压实度实际施工中能够 达到，具有较好的可操作性，实现了压实度降低但路基强度不达到，具有较好的可操作性，实现了压实度降低但路基强度不 降低的目

23、标。降低的目标。 第24页/共31页 2 高液限红粘土路基填筑分类表高液限红粘土路基填筑分类表 2.6 压实功与碾压遍数压实功与碾压遍数 高液限土并不像一般高液限土并不像一般 土质那样压实功越大土质那样压实功越大 越好，而是越好，而是对于某个对于某个 稠度状态存在一个合稠度状态存在一个合 理的压实功理的压实功使其达到使其达到 强度较大、水稳性较强度较大、水稳性较 好。好。 第25页/共31页 3 红粘土路基填筑红粘土路基填筑 第26页/共31页 3 红粘土路基填筑红粘土路基填筑 红粘土填料适用的红粘土填料适用的压实功根据填料的稠度有所差别压实功根据填料的稠度有所差别，稠度越，稠度越 大，可承受

24、的压实功越大。红粘土路堤的碾压遍数一般大，可承受的压实功越大。红粘土路堤的碾压遍数一般不超过不超过 810遍遍，具体碾压遍数通过试验段确定，现场压实以不产生，具体碾压遍数通过试验段确定，现场压实以不产生 “软弹软弹”现象为控制原则。现象为控制原则。 质量检测以检查施工过程记录及压实度指标进行控制。压实质量检测以检查施工过程记录及压实度指标进行控制。压实 度的抽检频率按度的抽检频率按公路路基施工技术规范公路路基施工技术规范的相关规定执行，的相关规定执行， 即每即每1000m2检验检验2点，不足点，不足1000m2时检验时检验2点。点。 第27页/共31页 4 零填、挖方路段红粘土路零填、挖方路段红粘土路 基基 高液限土高液限土不适用于零填、挖方路堑的路床不适用于零填、挖方路堑的路床（距路床顶面（距路床顶面 080cm范围）填筑，