瀏醴高速公路紅砂巖路用工程性質(zhì)試驗(yàn)研究★

周強(qiáng)科 陳 博 周晗晗

(1.湖南省瀏醴高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南長沙 410329;2.長沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長沙 410004)

1 概述

紅砂巖是湖南常見特殊土質(zhì)，也是出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害比較嚴(yán)重的區(qū)域之一，它的軟化系數(shù)均比較低，浸水崩解。紅砂巖的這種特殊工程性質(zhì)，使得工程上常常發(fā)生問題，而又得不到妥善的解決，這類事件在國外也時有發(fā)生。湖南省的紅砂巖跟其他地區(qū)的紅砂巖成分不一樣，主要為紅色的粉砂質(zhì)泥質(zhì)巖、泥質(zhì)粉砂巖等，易風(fēng)化，易分解，結(jié)構(gòu)松散，當(dāng)巖層處于順層坡，更易產(chǎn)生滑坡、崩塌等情況。由于紅砂巖在湖南分布較廣，湖南幾乎所有干線高速公路都會通過紅砂巖地區(qū)。本次工程瀏醴高速K10+218～K10+318的路塹邊坡，我們采用了柔性支護(hù)，可以直接采用紅砂巖填筑。若紅砂巖材料直接用于高等級公路路基的填筑，施工工藝、工程性質(zhì)將是我們面臨的主要問題，并在填筑以后的路用性能及在荷載下的變形規(guī)律也將成為以后的研究方向。

在瀏醴高速K10+218～K10+318中的路塹邊坡，本來也是使用的紅砂巖直接填筑的拱形骨架防護(hù)，在施工后不久，遇到了降水，而出現(xiàn)了坍塌，并越來越嚴(yán)重。而在湖南省其他地區(qū)，紅砂巖路段存在大量工程問題，如橋頭跳車，路基沉降，路面開裂等一系列問題。而在中國其他省市的紅砂巖地區(qū)的調(diào)查中同樣也出現(xiàn)了這類問題，甚至在國外都屢見不鮮，說明紅砂巖在目前來說對于直接填筑還存在一些不足，并對公路的使用造成很大的損害。

為此，依托湖南省瀏陽(黃泥界)至醴陵高速公路工程1～4合同段的實(shí)體工程，對于其成分組成、物理性質(zhì)展開了試驗(yàn)，以掌握瀏醴高速紅砂巖的工程特性;通過擊實(shí)試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)等，并進(jìn)行了路塹邊坡的柔性支護(hù)現(xiàn)場施工，確定了紅砂巖的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，為紅砂巖的設(shè)計(jì)與施工提供了參考，并提出了適用于瀏醴高速路塹邊坡的施工工藝。

2 紅砂巖的土質(zhì)特征

通過研究表明紅砂巖多數(shù)浸水崩解或略有崩解。按照這類特性把紅砂巖分成了三類:一類巖:紅砂巖浸水崩解或崩解強(qiáng);二類巖:紅砂巖浸水略有崩解或崩解不強(qiáng)。而對于同一紅砂巖料場，把一類巖和二類巖混合使用，這時候就看填料以哪類巖為主，就算哪類巖對待;三類巖:紅砂巖浸水完全不崩解，且水穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，在民間多數(shù)用來作為建筑石材使用。

瀏醴高速在瀏湘盆地北部，屬于白堊紀(jì)沉積地層，其巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖及砂巖等。瀏醴高速的紅砂巖成分又與湖南省其他地區(qū)的紅砂巖不同。一般的紅砂巖會含有一定量粘土礦物質(zhì)。而瀏醴高速的紅砂巖就幾乎不含任何粘土礦物，所以它的強(qiáng)度較高，強(qiáng)度分布區(qū)間為12 MPa～30 MPa，為軟質(zhì)巖。

3 紅砂巖的礦物成分及物理性質(zhì)

本次試樣分別為建瀏醴高速公路K2+900，K11+600，K12+100，K14+600樁號的4種不同類型的白堊系及下元古界(板溪群)紅砂巖，樣品依次編號為 6197，6198，6199，6200。為方便描述，將使用L1～L4代替。試樣都是采自原狀巖土樣品，密封保水送由中國科學(xué)院地質(zhì)與地球研究所和北京中地務(wù)實(shí)地質(zhì)工程技術(shù)有限責(zé)任公司對其物理指標(biāo)及礦物化學(xué)成分進(jìn)行測試分析。其全巖礦物與粘土礦物分析結(jié)果見表1。

表1 湖南省瀏醴路紅色風(fēng)化巖全巖礦物與粘土礦物定量分析結(jié)果

表2 湖南省瀏醴高速路紅色風(fēng)化巖分析測試結(jié)果

四種樣品全巖礦物除L4外，90%以上都是由石英和粘土礦物兩種組成。通過對原狀樣的測試，其天然含水率依次為4.48%，28.73%，21.42%，6.63%，對應(yīng)容重依次為 1.97，1.89，1.91，2.26。巖塊干燥飽和吸水率 L2最高為 43%，L4最低為5.7%。L1為粉紅色節(jié)理化風(fēng)化泥板巖，錘擊易碎，浸水后軟化但不破壞;L2赤紅色，質(zhì)軟，手掰可碎，局部見微層理、節(jié)理，浸水后崩解物為泥膏狀;L3碎塊狀充填泥質(zhì)物，偶見層理，可掰碎，浸水軟化呈碎屑狀。四種土的蒙脫石含量差異很大，最小的僅為L1的0.97%，最高的L3達(dá)13.8%，L2居中為7.4%。其中L2，L3具有弱(中)膨脹勢，L1具微膨脹勢，L4不具膨脹勢。軟硬度最高的是 L4，為30 MPa～40 MPa，L2，L3 最小僅為1 MPa～5 MPa。通過崩解試驗(yàn)獲得四種樣品的崩解耐久性，L1，L4的耐久性高，而L2，L3的崩解耐久性低。L1，L4膠結(jié)程度為中等膠結(jié)，L2，L3膠結(jié)程度為弱膠結(jié)(見表2)。

4 紅砂巖的工程力學(xué)性質(zhì)

為了解、評定湖南瀏醴高速紅砂巖的力學(xué)工程性質(zhì)，我們對樣品L1，L4進(jìn)行了擊數(shù)為98的重型擊實(shí)試驗(yàn)及常規(guī)CBR試驗(yàn)，獲得了該兩種樣品的最佳干密度、最佳含水率以及對應(yīng)最大干密度的CBR值(見圖1，圖2)。由試驗(yàn)得L1的最大干密度為1.94 g/cm3，最佳含水率為11.6%，而赤紅色的樣品L4的最大干密度為2.20 g/cm3，最佳含水率為9.0%。

而L1的膨脹率較 L4的0.06%高出多達(dá)57倍，為3.44%。兩組試件泡水4 d后CBR試驗(yàn)得出:L1樣品貫入量為2.5 mm的CBR 值為(3.5%+3.7%+3.7%)/3=3.6%，貫入量為 5 mm 時CBR平均值為6.3%;L4的強(qiáng)度較L1稍高，分別為6.0%，13.3%。從圖1，圖2試驗(yàn)結(jié)果來看，兩種土基本滿足路塹填筑要求。

圖1 L1樣品的擊實(shí)試驗(yàn)

5 結(jié)語

通過室內(nèi)試驗(yàn)，對瀏醴高速紅砂巖的工程性質(zhì)進(jìn)行了研究，得到了以下幾點(diǎn)認(rèn)識:

圖2 L4樣品的擊實(shí)試驗(yàn)

1)紅粘土干燥后，遇水易崩解或略有崩解。

2)通過擊實(shí)試驗(yàn)確定其最大干密度和最佳含水量，能有利的指導(dǎo)路塹邊坡的填筑施工。

3)通過室內(nèi)CBR試驗(yàn)得出2種土質(zhì)都能基本滿足路塹填筑要求。

［1］張劍鋒，岳國生.紅砂巖修筑漿砌石壩的巖土工程研究［J］.上海地質(zhì)，1989，30(2)：1-5.

［2］JTJ 051-93，公路土試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［3］鄧靚宇，趙明華.高速公路紅砂巖路基修筑技術(shù)［M］.北京：外文出版社，2002：80-83.

［4］劉林芽，高柏松.紅砂巖工程特性的試驗(yàn)研究［J］.鐵道建筑，2007(9)：44-46.