非洲紅土礫料地區高速公路水穩層 配合比設計試驗研究

GANDOHOUNDE FABRICE

(重慶交通大學土木工程學院， 重慶 400074)

1 引言

紅土礫料是一種非洲獨有的粘土中含有大量不同粒徑礫石的天然混合料[1]。紅土具有高含水率、低密度而強度較高等特點，路基路面應根據其使用要求和當地自然條件并結合施工方案進行設計，既應有足夠的強度和穩定性，又要經濟合理。但是非洲地區大部分國家采用法國道路設計規范，但非洲交通基建工程中大部分項目由中國公司負責，中法規范不統一，給工程師在項目施工和設計過程中造成諸多困難。目前國內外學者對于紅土礫料性能研究主要為紅土土質分析，混合料性能分析尚少。周大全[2]通過紅土礫料試驗分析得出紅土礫料浸水4d95%OPM壓實度時的CBR基本大于30%，是一種承載力良好的筑路材料。Classification des sols Normes[3]規范中通過不同的實驗判斷土用在底層、基層或PST層，以解決施工質量保證和質量指標控制要求。F. SIKALf[4]對非洲紅土進行調查表明紅土可分為森林紅土、草原紅土、山區紅土三大類。Me?ssa FALL[5]在對紅土礫料研究時發現紅土模量的變化會影響混合料豎向形變的穩定性，拉伸應力增加會影響水泥穩定紅土應用于基層的性能。Jean BERTHIER[6]通過實驗室應進行調查和天然土壤樣品，對PST層土的壓縮展開研究，表明PST距離路面約1米，路基必須確保路基短期土壤承載力大于 50MPa，保證路基壓實度和材料密度來保證路面耐久性。綜上所述，結合當地工程研究紅土地區路基水穩層合理配合比設計，為在非洲地區工作的中國工程師在路基水穩層設計及施工時提供指導。

2 試驗材料和方法

2.1 原材料

采用非洲SOCOCIM商品水泥，依據法國規范EN 196-1[7]標準測定的28天抗壓強度，試驗方法與中國相似，以水灰比0.5，水泥比標準砂為1：3制作規格為40mm×40mm×160mm的棱柱形試件。將試件在模具中放置在潮濕空氣中24小時后在浸泡在水中養護，當試樣達到齡期，將試件通過抗折、抗壓試驗機，測定抗折、抗壓強度值。其各項技術指標如表1、表2所示，均滿足規范要求。

表1 SOCOCIM水泥的基本指標

紅土礫料依據《非洲熱帶國家路基施工指南》規定，CBR大于等于50且壓實度大于98%選取，取土現場如圖1。

2.2 試驗方法

選用SOCOSIM42.5R與LAT3-4土場中的紅土進行混合料配合比試驗，對不同配合比設計的混合料進行強度測試，要求達到水穩層CBR與壓實度設計要求，按照法國規范要求水穩層CBR＞40與壓實度＞95%，通過對篩選出的水泥穩定紅土礫料進行對照組試驗，以砂0%、10%、15%、20%和水泥1.5%、2.0%、2.5%、3.0%為雙變量共進行了16次混合料配合比試驗。

圖1 LAT3-4紅土場取土現場圖

制備試件后將試件從試模中取出并稱重后進行養生，養生完成后將已浸水一晝夜的試件從水中取出，然后吸去試件表面水分，并稱試件質量，用游標卡尺測量試件高度。 最后將試件置于路面材料強度試驗儀的升降臺進行抗壓試驗。

3 試驗結果分析

不同砂參量及水泥參量的混合料的平均強度-水泥參量曲線變化如圖2所示。

圖2 0%-20%砂與1.5%-3%水泥混合料試驗匯總

從圖中可以看出隨著配合比中砂參量的增多，與混合料強度呈正相關關系。但由于混合料若采用0%砂時，使用3%的水泥使得水穩層強度已經達到要求。法國規范規定用于水穩層天然紅土應符合以下指標要求：有機質含量小于 0.50%；細粒通過80μm的百分比應低于20%；亞甲藍值低于0.2；塑性指數小于或等于20； CBR試驗的線性膨脹為低于1%；干密度為95%，4天浸濕后加利福尼亞承載比CBR大于或等于60，考慮到易于施工及質量控制，故水穩層在通過對照試驗后采用LAT3-4紅土粒料+3%水泥+0%砂的配合比作為此項目最優水穩層配合比。

4 結論

（1）非洲塞內加爾地區滿足實際工況及規范要求的紅土礫料最優參數值應根據專項規范，法國規范以及中國規范綜合考慮，得到最高要求的參數值，且需要將不合理的參數標定舍去。

（2）紅土礫料對路基頂層填筑性能良好，路基頂層在施工時應保證足夠的壓實度及CBR值，可保證紅土礫料發揮最優性能。

（3）得出水穩層的混合料最佳配合比需根據當地條件實際試驗，并結合經濟預算一同考慮，在保證指標時可選用更方便施工或較低預算的配合比。

[1]張瑞菊,王國康,白墨. 非洲天然紅土粒料的路用性能及使用標準[J]. 交通科技,2017,01:23-26.

[2]周大全,甄玉鳳. 非洲熱帶地區紅土礫料在公路工程中的應用[J]. 中外公路,2015,S1:124-127.

[3]Classification des sols Normes NF11300 et G.R.T

[4]F.SIKALfetDJALALMIR-EMARATI.UTILISATIONDESLATERITES.ENTECHN IQUEROUTIEREAUCAMEROUN

[5]ANALYSE DE LA PRATIQUE DU DIMENSIONNEMENT RATIONNEL DES STRUCTURES DE CHAUSSéES AU SéNéGAL.Me?ssa FALL,Babacar SENGHOR Aly LAKHOUNE, rédigéen février2002

[6]Projet et construction de routes écrit par Jean BERTHIER.2006

[7]歐洲標準BSEN196-1-2005水泥的試驗方法.強度測定.