CN107857517A - 一种使用红砂岩的路基填料及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用红砂岩的路基填料及其制作方法，该路基填料是由黄土和红砂岩制成，其中，黄土的质量百分比为25％～35％，其余为红砂岩；路基填料的含水率为6％～10％。相应的制作方法包括：按配比称重黄土和红砂岩；将红砂岩充分碾压破碎后与黄土混合均匀，并测量混合料的含水率；参考含水率与预设含水率范围的关系，采取晾晒风干或者洒水处理措施使得混合料的含水率处于预设含水率范围内，即得到路基填料。本发明采用黄土对红砂岩进行改良使其达到路基填筑标准的优质填料，其最大干密度大、压实效果好且工程造价低，有效的解决了红砂岩工程性质差的特性，使其变废为宝，具有巨大的经济效益和保护生态环境的意义。

Description

一种使用红砂岩的路基填料及其制作方法

技术领域

本发明涉及回填土改良技术领域，尤其涉及一种使用红砂岩的路基填料及其制作方法。

背景技术

红砂岩在我国分布比较广泛，随着我国基础建设的不断发展，不可避免地要在在红砂岩地区修筑公路、地下轨道交通等工程。此前，国内外学者对红砂岩工程地质特性方面做过一定探索，在揭示各类红砂岩的岩性特征的同时，对红砂岩破坏机理的也进行了分析，但这些研究缺乏对红砂岩全面、系统的认识和深入研究。

目前，兰州地区地铁建设刚刚拉开帷幕，而随着兰州地铁深基坑的开挖，所遇到的大量红砂岩如何处理成为了如今地铁修建的难题。因为大量土方的红砂岩被挖出如果处理不好会造成环境污染和生态破坏以及会提高工程造价，造成不必要的资源浪费。考虑到建设投资和环境保护等因素，若挖出的大量红砂岩可用作路基回填则具有巨大的经济效益和保护生态环境的意义。但兰州地区所遇到的红砂岩成岩作用差，遇水或扰动极易软化且呈现散沙状，暴露地表非常易风化和崩解，这些特性使红砂岩成为了不良路基填料，不良路基填料对于城市交通轨道的影响是巨大的，而且路基的挖方量很大，为了保护生态环境与减少工程消耗常常对天然土体进行改良，使其达到路基填筑标准的优质填料。发明人考虑到黄土是兰州地区随处可见的一种土体，所以使用黄土对红砂岩进行改良的技术难题亟待深入研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种使用红砂岩的路基填料及其制作方法，使得红砂岩经过改良可以达到路基填筑标准的优质填料。

为解决上述问题，本发明提供了一种使用红砂岩的路基填料，它是由黄土和红砂岩制成，其中，所述黄土的质量百分比为25％～35％，其余为所述红砂岩；所述路基填料的含水率为6％～10％。

相应的，本发明还提供了上述使用红砂岩的路基填料的制作方法，该方法包括：

按配比称重黄土和红砂岩；

将所述红砂岩充分碾压破碎后与所述黄土混合均匀，并测量混合料的含水率；

参考所述含水率与预设目标含水率的大小关系，采取晾晒风干或者洒水处理措施使得所述混合料的含水率等于所述预设目标含水率，即得到路基填料；

其中，所述预设目标含水率的取值范围为6％～10％。

优选地，通过以下步骤实现所述测量混合料的含水率：

从所述混合料中取不少于三个试样的土样分别测其含水率并取它们的平均值作为该混合料的含水率。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、最大干密度大，压实效果好：为了测得不同含水率、不同配比改良剂情况下红砂岩混合料的最大干密度和最优含水率的变化规律，分别取水泥、石灰和黄土(其中，水泥和石灰为对照组)在不同含水率情况下根据《铁路工程土工试验规程》进行重型击实试验，具体试验方案见表1所示：

表1重型击实试验计划表

通过试验得知，这三种改良剂所对应混合料的最大干密度均随含水率先增大后减小，同时随掺量的增加其最大干密度先增大后减小。不过，黄土改良剂混合料(即本发明优选的使用红砂岩的路基填料)对应的最大干密度最大，水泥次之，石灰最小。且黄土掺拌量为25％～35％、含水率为6％～10％对应的最大干密度为1.95-2.11，远远满足其用作回填料的要求(按照压实系数0.93，倒推出来当采用红砂岩做回填料时，最大干密度应大于或等于1.8)。

2、工程造价低

(1)直剪试验：根据各改良试样的最大干密度试样进行直剪试验。采用重型击实仪按照标准重型击实试验击实。脱模制样，取4个土样用于直剪试验，将试样依次装入剪切盒，采用四联应变控制式直剪仪进行，按规程分别施加100、200、300、400kPa的法向力进行快速剪切试验。剪切速率为0.8mm/min，试样在3-5分钟内被剪切破坏，试验结果见下表所示。

表2直剪试验成果表

混合料	含水量/％	掺量/％	黏聚力/kPa	内摩擦角/(°)
					石灰-红砂岩混合料	9	9	50	29.7
水泥-红砂岩混合料	7	7	43	38.5
					黄土-红砂岩混合料	8	30	56	44

(3)压缩试验：根据各改良试样的最大干密度试样进行压缩试验，按50、100、200、300kPa逐级加载，施加每级压力后每小时变形达0.01mm为稳定标准，按此步骤逐级加压至试验结束，记录变形数据，试验结果见下表3所示。

表3压缩试验结果表

试样	压缩系数/(kpa-1)	压缩模量/(Mpa)	体积压缩系数/(Mpa-1)
				石灰样	5.6×10-5	24.7	0.04
水泥样	2.1×10-5	66.43	0.015
				黄土样	6×10-5	21.25	0.047

通过表2和表3可以看出，不同改良土的物理力学性质各有优劣。对于水泥改良土，其黏聚力较大，压缩模量达到最大；对于黄土改良土，其最大干密度和内摩擦角最大，压缩模量也达到低压缩性土标准；添加石灰土样性质介于二者之间。

由于在路基回填的过程中，填土的干密度大时压实效果好，压缩模量大在一定程度上可以减少变形量；但是，从工程造价上考虑，添加水泥的回填土造价明显高于添加黄土的回填土，经济性上有所欠缺。综合对比分析后，本发明推荐对红砂岩添加黄土进行改良，但同时应注意对路基面层做好防水处理防止黄土产生附加沉降。

3、本发明采用黄土对红砂岩进行改良使其达到路基填筑标准的优质填料，有效的解决了红砂岩工程性质差的特性，使其变废为宝，具有巨大的经济效益和保护生态环境的意义。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的不同配比和不同含水率情况下的最大干密度曲线示意图。

具体实施方式

以下九个实施例，均是利用黄土对红砂岩进行改良，分别采用不同的质量比以及不用的含水率进行改良，具体配比见表4所示。

表4

改良剂	改良剂掺拌量	含水量	试验个数
				黄土	25％、30％、35％、	6％、8％、10％	9个

实施例1

(1)按黄土:红砂岩＝0.25:0.75分别称取干净的素黄土和干净的红砂岩。

(2)将红砂岩充分碾压破碎后与黄土混合均匀，并测量混合料的含水率，含水率按下式计算：

其中，m_w—水的质量，m_s—干土的质量。

具体地，从混合料中取不少于三个试样的土样分别测其含水率并取它们的平均值作为该混合料的含水率。

(3)选取6％为目标含水率，当混合料的含水率大于6％时，采用晾、晒、风干等方法使混合料达到含水率6％；当含水率小于6％时，需要进行洒水处理，使含水率为6％，即相应得到一种优选的使用红砂岩的路基填料。

在实际操作过程中，采用晾、晒、风干等方法之前应将地面打扫干净，并确保地面保持干燥；过程中应多次翻倒混合料，使混合料各部分含水率变化均匀。

采用洒水处理方法的过程中，首次洒水后应对混合料进行翻倒再洒水，如此重复确保混合料中洒水均匀；当进行洒水处理结束后，可以闷料一段时间，比如一天，其目的是撒完水搅拌后要使水分均匀在混合料中，以使混合料各个地方的含水量一样，影响回填击实的效果。

实施例2

将实施例1步骤(3)中目标含水率调整为8％，即黄土:红砂岩＝0.25:0.75，目标含水率为8％，其他实施内容和实施步骤保持一致。

实施例3

将实施例1步骤(3)中含水率调整为10％，即黄土:红砂岩＝0.25:0.75，目标含水率为10％，其他实施内容和实施步骤保持一致。

实施例4

将实施例1步骤(1)中黄土与红砂岩质量比调整为黄土:红砂岩＝0.3:0.7，即黄土:红砂岩＝0.3:0.7，目标含水率为6％，其他实施内容和实施步骤保持一致。

实施例5

将实施例4步骤(3)中含水率调整为8％，即黄土:红砂岩＝0.3:0.7，目标含水率为8％，其他实施内容和实施步骤保持一致。

实施例6

将实施例4步骤(3)中含水率调整为10％，即黄土:红砂岩＝0.3:0.7，目标含水率为10％，其他实施内容和实施步骤保持一致。

实施例7

将实施例1步骤(1)中黄土与红砂岩质量比调整为黄土:红砂岩＝0.35:0.65，即黄土:红砂岩＝0.35:0.65，目标含水率为6％，其他实施内容和实施步骤保持一致。

实施例8

将实施例7步骤(3)中含水率调整为8％，即黄土:红砂岩＝0.35:0.65，目标含水率为8％，其他实施内容和实施步骤保持一致。

实施例9

将实施例7步骤(3)中含水率调整为10％，即黄土:红砂岩＝0.35:0.65，目标含水率为10％，其他实施内容和实施步骤保持一致。

综上，图1记录了上述九个实施例中不同配比和不同含水率情况下的最大干密度。实验结果表明，采用黄土作为改良剂的混合料其干密度随含水率的增大先增大后减小，同时当质量比黄土:红砂岩＝0.3:0.7，含水率为8％时达到最大干密度，为2.11g/cm³。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种使用红砂岩的路基填料，其特征在于，它是由黄土和红砂岩制成，其中，所述黄土的质量百分比为25％～35％，其余为所述红砂岩；所述路基填料的含水率为6％～10％。

2.如权利要求1所述的使用红砂岩的路基填料的制作方法，其特征在于，该方法包括：

按配比称重黄土和红砂岩；

将所述红砂岩充分碾压破碎后与所述黄土混合均匀，并测量混合料的含水率；

参考所述含水率与预设目标含水率的大小关系，采取晾晒风干或者洒水处理措施使得所述混合料的含水率等于所述预设目标含水率，即得到路基填料；

其中，所述预设目标含水率的取值范围为6％～10％。

3.如权利要求2所述的制作方法，其特征在于，通过以下步骤实现所述测量混合料的含水率：

从所述混合料中取不少于三个试样的土样分别测其含水率并取它们的平均值作为该混合料的含水率。