高速公路紅砂巖路基的施工工藝淺析

紅砂巖是指泥質(zhì)或砂質(zhì)頁巖等沉積類巖石，其中多數(shù)因富含鐵的氧化物而呈紅色、深紅色或褐色，開挖后，隨著時(shí)間的推移，在大氣、陽光、特別是雨水的作用下易崩解。該類巖石稱紅砂巖。

一、紅砂巖路基穩(wěn)定性原理分析

眾所周知，合格路基的內(nèi)在質(zhì)量應(yīng)具備三個要求:具有足夠的整體穩(wěn)定性;具有足夠的強(qiáng)度。具有足夠的水穩(wěn)性，簡而言之，就是路基要達(dá)到“密實(shí)”、“均勻”和“穩(wěn)定”的使用要求。

路基密實(shí)的過程，實(shí)際上是一個顆粒重組的過程，而對填石路基來說，則是巖石位移重組的過程。路基的穩(wěn)定是相對的，也就是說，當(dāng)路基在外界應(yīng)力作用下，巖石間無位移或位移量能控制在某一個標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)時(shí)，我們就可認(rèn)為路基最初是穩(wěn)定的。而在設(shè)計(jì)年限內(nèi)，在設(shè)計(jì)荷載的作用下，位移能控制在某一標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，則我們可認(rèn)為路基在使用過程中一直臺格。

路基的穩(wěn)定是由路基的整體決定的，對石方路基的穩(wěn)定性，取決于兩個方面;一是巖石填筑形成巖體后的孔隙比(e1)，而非巖石本身的孔隙比(e2);二是巖石的強(qiáng)度。e2是不可改變的，所以要提高石方路基的穩(wěn)定性，最理想的狀態(tài)當(dāng)然是el盡可能小，而要達(dá)到這一目的，就是希望填料具有良好的級配，并容易碾壓密實(shí)，而盡可能使巖石破碎是最直接的途徑，而破碎程度的大小取決干巖石的強(qiáng)度和壓實(shí)設(shè)備類型，路基的密實(shí)過程實(shí)際上也是填料棱角破碎，填料擠密的過程，所以路基成型后，路基能否保持穩(wěn)定，與巖石的強(qiáng)度密切相關(guān)，此時(shí)巖石的強(qiáng)度越高，路基反而越穩(wěn)定，而巖石的最大強(qiáng)度是有限的，且強(qiáng)度受自然因素的影響大，主要受大氣、水的影響大，所以防護(hù)、排水工作對路基強(qiáng)度偏低的紅砂巖至關(guān)重要。

二、紅砂巖分類

紅砂巖按強(qiáng)度和崩解特性劃分為如下三種類型:

(1)一類紅砂巖，巖塊天然單軸抗壓強(qiáng)度小于15Mpa，在105℃溫度下烘干后浸水24小時(shí)內(nèi)，呈現(xiàn)渣狀、泥狀或粒狀崩解，

(2)二類紅砂巖，巖塊天然單軸抗壓強(qiáng)度小于15Mpa或稍大于15Mpa，在105℃溫度下烘干后浸水24小時(shí)內(nèi)，呈塊狀崩解t

(3)三類紅砂巖，巖塊天然單軸抗壓強(qiáng)度大于15Mpa，不崩解，特性與普通砂巖無區(qū)別。

三、處理紅砂巖的兩個基本原則

1、消除紅砂巖的活性

紅砂巖在爆破開挖出來后，受陽光，大氣特別是士雨水的作用而迅速風(fēng)化崩解，由大塊狀風(fēng)化崩解成碎塊關(guān)，當(dāng)有雨水或浸水時(shí)，在機(jī)械作用(汽車、挖掘機(jī))和人力作用下而成為渣泥狀，但破碎后重新組合的紅砂巖，粘結(jié)性能小，不能由渣泥狀逆轉(zhuǎn)成碎塊狀和大塊狀。這種性質(zhì)稱為紅砂巖的不可逆轉(zhuǎn)性。

紅砂巖浸水崩解性的強(qiáng)弱和紅砂巖膨脹勢的大小，稱為紅砂巖的活性。浸水崩解愈強(qiáng)膨脹勢的大小，稱為紅砂巖的活性。浸水崩解愈強(qiáng)膨脹勢愈大的紅砂巖，其活性愈大。用來修筑路堤時(shí)，活性愈大的紅砂巖形成路基病害的可能性愈大。

四、施工工藝

路基施工方案的關(guān)鍵要確定三項(xiàng)指標(biāo):一是壓實(shí)設(shè)備類型;二是松鋪層厚。三是檢測辦法。根據(jù)石方路基穩(wěn)定原理的定性分析、紅砂巖的物理、力學(xué)性能及已往紅砂巖路基的施工經(jīng)驗(yàn)確定具體的施工方案。

①壓實(shí)設(shè)備選擇激振力35噸以上的壓路機(jī)，也即YZ20以上壓路機(jī)。之所以選擇YZ20以上壓路機(jī)，主要是Y Z20以上壓路機(jī)激振力大，各類型號的Yz20壓路機(jī)激振力均在350K N以上，最大靜線壓力也在580N/cm以上，激振力大，有利于在碾壓過程中對巖石進(jìn)行二次解小一其次采用壓路機(jī)施工進(jìn)度有保證，且壓路機(jī)操作簡單，施工成本低。

②松鋪層厚最初根據(jù)《公路工程路基施工規(guī)范》(JTJ033-95)，確定為50cm，石料最大粒徑不大干30cm。在試驗(yàn)路段的鋪設(shè)中，發(fā)現(xiàn)有部分強(qiáng)度低的紅砂巖極易破碎，且紅砂巖通過爆破解小后細(xì)料占有相當(dāng)部分的比重，與別的石質(zhì)有明顯區(qū)別，所以最初把紅砂巖完全當(dāng)作填石路堤的構(gòu)想不完全正確。實(shí)際上紅砂巖在大噸位壓路機(jī)的激振作用下，最初的填石結(jié)構(gòu)的特性，發(fā)生了變化，它變?yōu)榱送潦焯罱Y(jié)構(gòu)。但同時(shí)由干分層厚度過大，通過挖驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，石料架空現(xiàn)象較多，也即單點(diǎn)合格率低，為進(jìn)一步克服這一點(diǎn)，后將松鋪層厚由50cm改為35cm，最大粒徑由35cm改為23cm。

眾所周知路基填土是典型的擾動的顆粒，水和空氣組成的三相體材料，不同種類的填土，壓實(shí)特性也不相同。而土石混合料的壓實(shí)特性是大小顆粒在力的作用下克服顆粒間阻力產(chǎn)生位移的過程，即大小顆粒全新排列，相互靠近，使孔隙體積減少，單位體積內(nèi)固體顆粒數(shù)量增加的過程。土石混合料的壓實(shí)不僅與粗粒的風(fēng)化程度有關(guān)，而且與其含量有關(guān)，當(dāng)粗粒含量低于40%時(shí)，粗粒料在壓實(shí)土體中僅作為不可壓縮的骨料。混合料的壓實(shí)細(xì)料起決定性作用。紅砂巖本身的特點(diǎn)，使其在大噸位壓路機(jī)作用下大顆粒的材料減少，不能起到骨架作用，只能作為不可壓縮的包裹體，壓實(shí)特性介于純土和純石之間，但其密度則因粗粒的存在而有不同程度的改變。

紅砂巖填筑路基并不是純粹意義上的石方填筑，而實(shí)際上是土石混填，因此在實(shí)際施工中我們采用土石混填的施工規(guī)范來進(jìn)行施工。所以在后續(xù)的試驗(yàn)路段鋪設(shè)時(shí)就規(guī)定松鋪厚度為35cm，石料最大粒徑不超過最大松鋪厚度的2/3即(23cm)。通過在以后進(jìn)行的挖驗(yàn)以及沖壓補(bǔ)強(qiáng)的沉降觀測證明這是成功的。

五、施工中的建議

(1)紅砂巖干燥狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度為30-60MPa，自然狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度為15'30MPa，飽水強(qiáng)度為0-20 MPa;其礦物成分主要以石英、長石、巖屑、泥質(zhì)為主;

(2)對紅砂巖填筑路基，應(yīng)采用YZ20型以上(即最大激振力為350KN以上)的壓路機(jī)，松鋪層厚控制在35cm，攤鋪前最大粒徑控制在23cm以內(nèi)的施工方案;

(3)在施工中，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控，特別是應(yīng)嚴(yán)格對松鋪層厚和最大粒徑的控制，由于紅砂巖的壓實(shí)度檢測精度受試坑的大小影響較純土方大，施工中重在以壓實(shí)遍數(shù)控制工程質(zhì)量。

(4)為提高紅砂巖路基的單點(diǎn)合格率，建議對成型后的紅砂巖路基采用大噸位壓實(shí)機(jī)具進(jìn)行一定范圍的沖壓補(bǔ)強(qiáng);如果采用CYZ25沖擊壓路機(jī)進(jìn)行沖壓補(bǔ)強(qiáng)，則平均沉降在7CM以內(nèi)，單點(diǎn)合格率達(dá)90%以上可認(rèn)為路基質(zhì)量合格，等等。