紅土礫料作為一種分布普遍、性能良好的天然材料，在塞內(nèi)加爾地區(qū)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中有著廣泛的應(yīng)用。本文將結(jié)合塞內(nèi)加爾路面結(jié)構(gòu)設(shè)計概況、塞內(nèi)加爾塞內(nèi)加爾新路面結(jié)構(gòu)目錄和路面尺寸指南中關(guān)于紅土粒料的要求、紅土粒料在塞內(nèi)加爾某高速公路項目中成功實施經(jīng)驗，對紅土粒料在塞內(nèi)加爾路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)、研究，為非洲法語區(qū)其他國家開展路面結(jié)構(gòu)本地化工作及國際承包商相關(guān)道路設(shè)計、實施提供參考。

　　關(guān)鍵詞:塞內(nèi)加爾;紅土粒料;路面結(jié)構(gòu)設(shè)計;筑路材料

　　目前，非洲(法語區(qū))國家的道路設(shè)計及建造習(xí)慣起源自法標(biāo)，幾乎所有道路工程的設(shè)計及技術(shù)指標(biāo)均深受法標(biāo)影響，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計亦多參照法國標(biāo)準(zhǔn)。由于非洲(法語區(qū))國家經(jīng)濟(jì)狀況、氣候條件、社會環(huán)境、筑路材料、實際車輛荷載等與法國差異明顯，盲目照搬法國標(biāo)準(zhǔn)帶來工程造價高、設(shè)計參數(shù)與實際不符等一系列問題，應(yīng)高度重視當(dāng)?shù)仨椖繉嵤┙?jīng)驗總結(jié)，因地制宜的開展本地化設(shè)計工作。塞內(nèi)加爾在法標(biāo)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計本土化方面開展了大量工作，并在塞內(nèi)加爾新路面結(jié)構(gòu)目錄和路面尺寸指南中明確了部分紅土粒料設(shè)計要求，彌補(bǔ)了法標(biāo)體系下缺少紅土粒料要求的缺憾，對指導(dǎo)非洲法語區(qū)其他國家路面結(jié)構(gòu)設(shè)計亦具有較大的參考價值，有必要深入開展研究工作。紅土粒料作為亞非拉熱帶地區(qū)特有的典型筑路材料，在塞內(nèi)加爾得到廣泛應(yīng)用，極大限度利用了當(dāng)?shù)刭Y源材料，節(jié)約了工程建設(shè)成本，滿足了當(dāng)?shù)毓こ绦枨蟆１疚膶⒔Y(jié)合塞內(nèi)加爾新路面結(jié)構(gòu)目錄和路面尺寸指南、塞內(nèi)加爾道路工程的成功實施經(jīng)驗，對紅土粒料在塞內(nèi)加爾路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)、研究。

　　1塞內(nèi)加爾路面結(jié)構(gòu)設(shè)計概況

　　交通運輸業(yè)處于塞內(nèi)加爾國家發(fā)展戰(zhàn)略的核心位置，并且在地區(qū)投資發(fā)展規(guī)劃中起到基礎(chǔ)性作用。近年來，塞內(nèi)加爾公路運輸業(yè)獲得大量投資并且占據(jù)交通運輸領(lǐng)域的主要地位。截至2017年，塞內(nèi)加爾公路總長1.52萬km，其中瀝青路5000余km，土路約1萬km，高速公路約200km。由于缺乏相關(guān)技術(shù)參考資料，塞內(nèi)加爾以往國內(nèi)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)通常參照其他國家已有實際相關(guān)經(jīng)驗和技術(shù)參數(shù)。除了國內(nèi)地質(zhì)條件和材料使用情況有所不同之外，這些現(xiàn)有經(jīng)驗在本地實際工程利用中得到了充分體現(xiàn)。塞內(nèi)加爾國內(nèi)公路條件特殊性只是得到了很小一部分體現(xiàn)。現(xiàn)有公路路面結(jié)構(gòu)并不能很全面的反映出本地的施工條件以及本地可用的適合的施工材料。通用技術(shù)參數(shù)的確定對于路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)研究和減小設(shè)計偏差以及利用不同理論和方法施工進(jìn)而減少項目支出的增加都是很有必要的。2015年6月，塞內(nèi)加爾為促進(jìn)塞內(nèi)加爾國家路網(wǎng)管理局有效決策管理，同時，優(yōu)化本地材料使用情況，編制了《塞內(nèi)加爾新路面結(jié)構(gòu)目錄和路面尺寸指南》，作為其公路設(shè)計通用參考中道路部分的幾個組成部分之一，以促進(jìn)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計本土化工作。指南中大部分內(nèi)容參考了法國的路面設(shè)計方法，在這些大量的公認(rèn)，被廣泛采用的理論方法的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)中考慮到了塞內(nèi)加爾道路的實際狀況(氣候，交通量，材料等)。紅土粒料是塞內(nèi)加爾主要材料，紅土粒料作為筑路材料應(yīng)用極大限度利用了當(dāng)?shù)刭Y源材料，節(jié)約了工程建設(shè)成本，滿足了當(dāng)?shù)毓こ绦枨�，對降低工程�?guī)模，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

　　2塞內(nèi)加爾路面設(shè)計指南中關(guān)于紅土粒料的要求

　　塞內(nèi)加爾道路結(jié)構(gòu)設(shè)計共包括圖1中介紹的幾個部分。塞內(nèi)加爾4種典型路面結(jié)構(gòu)主要有柔性路面、厚瀝青路面結(jié)構(gòu)、半剛性路面結(jié)構(gòu)、混凝土路面結(jié)構(gòu)四種，依據(jù)法標(biāo)NF-P98-086規(guī)范做出定義。柔性路面類型一直是塞內(nèi)加爾目前最常用的。路面結(jié)構(gòu)為一層薄瀝青層(小于12cm)，有時甚至只有一層表面涂層覆蓋于一個或多個粒料層上:天然碎石(GNT)，天然紅土礫石(GL)，水泥改良紅土(GLa)，穩(wěn)定紅土料(GLli)。厚瀝青路面結(jié)構(gòu)此種結(jié)構(gòu)由水硬性粘合劑處理材料構(gòu)成路基層以及路基層上的瀝青面層構(gòu)成，水硬性粘合劑處理材料為2級或3級碎瀝青石(GB2或者GB3)瀝青混合料總厚度要大于12cm。4級碎瀝青石只在達(dá)喀爾-迪阿尼亞迪奧高速公路項目中使用過。塞內(nèi)加爾目前還沒有使用高模量瀝青混合料(EME2)的先例。半剛性路面結(jié)構(gòu)由水硬性粘合劑處理材料構(gòu)成的路基層加上面的瀝青面層構(gòu)成，水硬性粘合劑處理材料為處理紅土礫石(為GLc1或GLc2，即便是低剛性模量)，水泥介殼沙土(BQc)，3級水泥礫石(GC-T3)，2級處理沙(SC-T2)。水泥是塞內(nèi)加爾唯一在使用的水硬性粘結(jié)材料�；炷�土路面結(jié)構(gòu)，由貧混凝土(BC2)構(gòu)成的路基層和上面的水泥混凝土地坪(BC5)作為行車面層構(gòu)成。GC-T3，GNT，GB3，BBSG…)在塞內(nèi)加爾極少使用;混凝土結(jié)構(gòu)/水泥礫石結(jié)構(gòu)會用在例如新建機(jī)場停機(jī)坪建設(shè)中。連續(xù)澆筑鋼筋混凝土工藝在塞內(nèi)加爾很少或基本不使用。塞內(nèi)加爾紅土粒料在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要應(yīng)用于路基整平層、墊層，部分項目底基層、基層。紅土粒料材料性能不滿足設(shè)計要求時，需對紅土粒料采用水硬性粘合劑(水泥)材料進(jìn)行處理。處理后材料性能需滿足相應(yīng)層位設(shè)計要求。(1)路基整平層(PST)塞內(nèi)加爾大多數(shù)紅土土壤對水較敏感。根據(jù)法國規(guī)范分為B1/B2/B5/B6，CBR值介于10-50之間。這種敏感性致使其承載力的大小變化將根據(jù)含水量而變化。施工過程中，依照大氣條件，這些土壤的直接承載力在AR0—AR1之間，甚至?xí)�達(dá)到AR2。在沒有影響含水量平衡的有利條件(填方、排水)或不利條件(含水層)的制約下，紅土粒料承臺頂面等級通常為AR1(20MPa)。對干凈以及沒有明顯水的紅土砂石，或經(jīng)粘結(jié)料找平處理后，承載力可達(dá)到AR2(50MPa)。在進(jìn)行紅土粒料墊層施工前需確保承臺頂面Ari的承載力至少為15～20MPa。也可通過摻加水泥等技術(shù)手段，達(dá)到30～35MPa。(2)墊層(CDF層)墊層(CDF層)為確保路基承載力水平，需要達(dá)到PF1—PF4。對于壓實、整平質(zhì)量、通行狀況、承載力水平無法達(dá)到要求的土壤應(yīng)設(shè)置墊層。未處理墊層。顆粒狀粒料的最小規(guī)格應(yīng)當(dāng)是:CBR>5，顆粒物最大粒徑<150mm，塑性指數(shù)<20，干密度>95%OPM或壓實度為q3。未處理墊層頂面等級應(yīng)達(dá)到承載力(PF2和PF3)，承臺頂面級別(AR1或AR2)。紅土粒料材料應(yīng)當(dāng)按照GTR道路技術(shù)指南的要求來處理以供墊層使用。處理墊層。材料處理前應(yīng)具有如下特點。(塑性指數(shù)<25，最大粒徑<150mm)，需驗證體積膨脹<5%，Rti>0.2MPa，(NFP94-100)，包含有不利的化學(xué)成分:PH，MO鉬，硫酸鹽等。(3)路基承載力根據(jù)路基剛性模量水平，路基承載力分為如下5個等級，具體內(nèi)容見表2。在塞內(nèi)加爾僅作為參考，未列為驗收標(biāo)準(zhǔn)。一旦墊層施工，路基等級不僅取決于測定的承載力，而且要考慮墊層的性質(zhì)和厚度，以及下承層的等級。路基平整驗收誤差基本上控制在±3cm的范圍內(nèi)，如果瀝青結(jié)構(gòu)層厚度≤12cm，上述驗收誤差甚至要控制在2cm內(nèi)。路基壓實質(zhì)量驗收至少為q3。(4)基層、底基層塞內(nèi)加爾路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中紅土粒料類別主要包括以下6種:未處理過的紅土:GL1和GL2;碎石穩(wěn)定的紅土:Glli;水泥改良過的紅土:Gla;水泥處理過的紅土(也叫做“穩(wěn)定的”):GLc1和GLc2。GL1的基層使用限于:T3的交通量的基層;T1的交通量的底基層;GL2，GLli和GLa的基層的使用限于T1類交通量。GLc的基層使用限于:GLc1:T4交通量;GLc2:T2交通量施工厚度:每層10～30cm(未處理);15～30cm(已處理)。若采用更大厚度需要提高壓實水平。天然紅土:對于很小的交通量(<1.5MPL)，在底基層上，我們?nèi)菰S壓實后的細(xì)料達(dá)到35%，塑性指數(shù)為30。改良性紅土:僅僅包括一個很少的水泥比例(2%到3%)。改良驗收標(biāo)準(zhǔn)一般如下:E≤2000MPa，(超過此范圍，GLa的性能接近于GLc);處理后3天空氣養(yǎng)生4天浸水的CBR(95%dsOPM)>80。水泥穩(wěn)定紅土:采用較大水泥含量(一般為4%到6%，含量在實驗室配比設(shè)計之后確定)。塞內(nèi)加爾紅土粒料設(shè)計建議采用的模量及泊松比如表3所示:

　　3紅土粒料在塞內(nèi)加爾某高速公路項目中的具體應(yīng)用

　　3.1項目概況

　　該項目位于西非草原區(qū)，地形平坦，海拔最高處約100m，其余地區(qū)不超過40m，地表坡降0.1%～0.3%。地處北回歸線以南，受信風(fēng)帶影響，屬熱帶草原氣候。受熱帶內(nèi)的鋒面氣旋活動，6～10月為雨季，11月份到次年5月份為旱季。雨季周期短、降雨量約700mm、平均氣溫的溫差小，年平均溫度為25.3℃，溫度范圍18℃～35℃。項目整體呈東西走向，設(shè)計為雙向4車道全封閉高速公路，全線長約113km。累計當(dāng)量軸次為8.04×106。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計年限20年。該項目路面結(jié)構(gòu)設(shè)計采用水泥改良紅土礫料提高墊層等級以減少路面碎石使用量，并充分利用挖方材料，減少借方，保護(hù)環(huán)境。項目已竣工兩年，路面使用狀況優(yōu)秀，取得良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。項目所采用路面結(jié)構(gòu)概述如下:磨耗層:6cmBBSG30/14;基層:22(11+11)cmGB40/20;墊層:25cmGLC;總厚度:53cm。路面承臺永久承載力等級為PF3+，墊層采用水泥處治紅土礫料GLC，厚度采用25cm。PST和AR分級為PSTN°3和AR2級，PST層頂面EV2≥80MPa。

　　3.2紅土穩(wěn)定粒料墊層設(shè)計要求

　　本項目墊層材料為水泥處治紅土礫料GLC，其力學(xué)性能達(dá)到PF3級對材料的要求，PF等級采用PF3+。(1)材料要求根據(jù)確定的墊層承臺等級，結(jié)合法國、塞內(nèi)加爾相關(guān)技術(shù)指南，本項目采用的墊層材料水泥處治紅土礫料性能及其原材料性能宜符合以下幾方面要求:紅土礫料的最大粒徑不應(yīng)超過50mm;水泥處治紅土礫料的體積膨脹率Gv≤5%;水泥處治紅土礫料40攝氏度浸水條件下7天劈裂強(qiáng)度≥0.2MPa;水泥處治紅土礫料力學(xué)性能滿足力學(xué)三區(qū)的要求。(2)壓實和強(qiáng)度要求①壓實度和承載力要求為得到相應(yīng)的PF等級，對于墊層的壓實度及承載板試驗應(yīng)滿足PF3+等級承載力的EV2不小于150MPa。②彎沉要求采用130kN軸載下的Lacroix彎沉儀或貝克曼梁測量彎沉。本項目的墊層采用水泥處治紅土礫料GLC，屬于水硬性粘結(jié)料處理材料的墊層。滿足PF3+等級承載力的彎沉不大于0.60mm。

　　3.3施工要求

　　墊層材料優(yōu)選質(zhì)量好的紅土礫料GL作為水泥處治紅土礫料GLC的原材料，保證料源材料的均勻和質(zhì)量的穩(wěn)定。水泥處治紅土礫料GLC施工后灑水或者覆蓋養(yǎng)生，避免水分過快散失。施工完成后，避免長時間的暴曬和長期浸水，同時盡快鋪筑上層路面結(jié)構(gòu)層。在水泥處治紅土礫料GLC、紅土礫料GL、未經(jīng)處置的碎石GNT做瀝青結(jié)構(gòu)層的下承層時，表面將灑布一層透層;在兩層瀝青結(jié)構(gòu)層之間將撒布一層粘結(jié)層。特別注意，禁止卡車駛過已浸透的、沒有完全干透的砂石，這樣會讓瀝青層粘在輪胎上。如發(fā)生了磨損現(xiàn)象，應(yīng)立即用人工涂抹或使用噴管涂抹乳膠。攤鋪墊層之前根據(jù)需要對路堤頂面(PST層頂面)灑水，保證設(shè)計的壓實度和路拱橫坡。同時，嚴(yán)禁在表面積水、下雨的天氣下攤鋪。

　　4結(jié)論

　　(1)由于非洲(法語區(qū))國家路面結(jié)構(gòu)設(shè)計不宜完全照搬法國標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)高度重視當(dāng)?shù)仨椖繉嵤┙?jīng)驗總結(jié)，結(jié)合所在國筑路材料、經(jīng)濟(jì)條件等特點因地制宜的開展路面結(jié)構(gòu)設(shè)計本地化工作。(2)紅土礫料作為一種分布普遍、性能良好的天然材料，是塞內(nèi)加爾地區(qū)儲量最豐富的筑路材料，在該國道路工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，促進(jìn)了所在國交通工程的發(fā)展。(3)塞內(nèi)加爾編制了《塞內(nèi)加爾新路面結(jié)構(gòu)目錄和路面尺寸指南》，以促進(jìn)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計本土化工作。指南中充分考慮到了塞內(nèi)加爾道路的實際狀況(氣候，交通量，材料等)。對法國標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了部分修正，對紅土粒料應(yīng)用條件及技術(shù)要求進(jìn)行了補(bǔ)充，為紅土粒料的應(yīng)用提供了設(shè)計依據(jù)。(4)研究人員對塞內(nèi)加爾已實施的某高速公路進(jìn)行了調(diào)研，認(rèn)為紅土粒料可作為良好的筑路材料加以應(yīng)用，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。筑路材料選用紅土粒料設(shè)計時，應(yīng)明確材料的原材料性能、壓實度、承載力、彎沉、具體施工要求，以保證應(yīng)用效果。(5)紅土粒料在塞內(nèi)加爾路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用辦法為非洲法語區(qū)其他國家開展路面結(jié)構(gòu)本地化工作及國際承包商相關(guān)道路設(shè)計、實施提供了有益參考，值得借鑒。

　　作者：程昊 王方立