紅砂巖路基設(shè)計(jì)與施工

上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司 230031

摘要：本文結(jié)合安慶市懷寧縣城道路設(shè)計(jì)與施工中紅砂巖路基的實(shí)際情況，介紹紅砂巖路基的設(shè)計(jì)與施工方法，供此類路基設(shè)計(jì)與施工參考。

關(guān)鍵詞：紅砂巖；路基；設(shè)計(jì)與施工

1 概述

懷寧屬大別山南麓、長(zhǎng)江流域多樣型自然生態(tài)環(huán)境和丘陵地區(qū)，地處郯——廬大斷裂和沿江擠壓破碎帶之間，屬長(zhǎng)江中下游。縣城所在地段為高河～潛山地槽東側(cè)，為中生代地層，棕紅色砂巖為第三系陸相碎屑沉積，上層偶爾有薄砂礫層。紅砂巖層上覆蓋新生代黃褐色粉質(zhì)粘土，結(jié)構(gòu)緊實(shí)，地基承載力在15～18t/m2。

由于紅砂巖的特殊性質(zhì)決定了它不宜作為路基填料，但由于路基填料來源困難，為節(jié)省造價(jià)，必須考慮紅砂巖的利用。

2 紅砂巖的分類及性質(zhì)

紅砂巖屬沉積巖，薄中厚層狀，泥質(zhì)或硅質(zhì)膠結(jié)，完整性較好，產(chǎn)生于中生代白堊紀(jì)時(shí)期構(gòu)造形態(tài)屬印支期褶皺為主的復(fù)式向斜，主要分布在長(zhǎng)江以南及長(zhǎng)江以北局部地區(qū)，主要化學(xué)成分是粘土礦物、石英、方解石等，含有少量有機(jī)物，最大干容重2.00～2.20g/cm3，膨脹率1%～4%，按其膠結(jié)、強(qiáng)度與風(fēng)化的不同程度可分為浸水崩解或強(qiáng)烈崩解、浸水崩解不強(qiáng)烈或略有崩解、浸水崩解不強(qiáng)烈，強(qiáng)度較高，水穩(wěn)性好三類。

紅砂巖在干濕循環(huán)作用下，極易崩解，崩解后呈碎塊，體積略有增加。崩解后的紅砂巖遇水軟化，強(qiáng)度下降，經(jīng)雨水浸泡易呈粘泥狀。它具有高吸水性、透水性和粘結(jié)性，易風(fēng)化且?guī)r體節(jié)理、裂隙發(fā)育，給開挖爆破工作造成較大難度。

3 路基設(shè)計(jì)與施工控制

由于紅砂巖不適于做路基填料，在《施工技術(shù)規(guī)范中》也就沒有明確紅砂巖路基的施工方法。根據(jù)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，必須先消除紅砂巖的活性，保證路基填筑密實(shí)、密水，重點(diǎn)要解決以下四個(gè)問題：

⑴控制紅砂巖的粒徑，使之符合規(guī)范要求；

⑵采用合理的施工工藝控制施工，使路基質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求，不留質(zhì)量隱患；

⑶減小路基的不均勻沉降；

⑷保障邊坡穩(wěn)定，預(yù)防滑坡。

⒊⒈ 路堤填筑施工工藝

紅砂巖路基容易出現(xiàn)不均勻沉降、強(qiáng)度降低的情況。為充分利用紅砂巖材料又能避免病害的發(fā)生，必須采用合理的施工工藝。重點(diǎn)從填筑材料密實(shí)、密水等方面控制。

石方開挖→（超大粒徑）崩解至合格粒徑→分層填筑→攤鋪（包邊）→耙壓→羊足碾碾壓→平地機(jī)整平→碾壓成型→檢測(cè)壓實(shí)度、高程→重型壓路機(jī)補(bǔ)壓。

⒊⒉ 粒徑控制

粒徑控制主要采用以下措施：

⑴采用合理爆破方案，在石方爆破開挖時(shí)盡量減小粒徑，同時(shí)盡量減小對(duì)邊坡的擾動(dòng)，保證邊坡穩(wěn)定又能做到經(jīng)濟(jì)合理；

⑵在路基填筑前盡量利用巖石易崩解特性，使巖石充分崩解，自然減小粒徑；

⑶在路基攤鋪后采用“耙壓”方法減小粒徑。

⒊⒈⒈⒈ 爆破

根據(jù)實(shí)際水文、地質(zhì)、安全條件和爆破粒徑要求，采用小型松動(dòng)爆破為主，深孔爆破為輔的爆破方案。通常采用分臺(tái)階自上而下爆破。由于巖石裂隙發(fā)達(dá)，為減小對(duì)邊坡的震動(dòng)，采用小型風(fēng)槍鉆孔，孔深3～5m，孔距2 m，采用藥壺爆破。爆破出的粒徑約60%可直接填筑路基，約10%需二次爆破。其它需經(jīng)崩解后使用。

現(xiàn)場(chǎng)也采用挖掘機(jī)帶風(fēng)鎬的作業(yè)方法，采掘的塊體需經(jīng)崩解后使用。

⒊⒈⒈⒉ 自然崩解

通過崩解降低巖石活性、降低巖石強(qiáng)度，應(yīng)避免此過程發(fā)生在路基中，形成病害。

將爆破后紅砂巖粒徑超過100cm 以上的運(yùn)至預(yù)崩解場(chǎng)地，攤鋪厚度不宜超過最大巖塊直徑。巖石應(yīng)直接暴露在空氣中，增加暴露面積；根據(jù)天氣情況適當(dāng)澆水，加速巖石的崩解，待巖石表面出現(xiàn)裂紋后即可填筑路基。

⒊⒈⒈⒊ 耙壓、整平

耙壓目的是通過外力粉碎粒徑超標(biāo)的材料，降低巖石活性。

紅砂巖填料運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，先用推土機(jī)攤鋪，然后利用推土機(jī)履帶碾碎巖塊，碾壓數(shù)遍再用松土器鉤松填筑層，將殘存的巖塊勾起再碾壓，直至填筑材料粒徑符合要求。

通過現(xiàn)場(chǎng)觀察，Ⅰ類巖利用D85 型推土機(jī)碾壓5～7遍，YT230推土機(jī)型碾壓3～5遍，可將巖塊粉碎徹底。Ⅱ類巖石用D85型推土機(jī)碾壓10遍可以碾碎，但不是很徹底；利用YT230型推土機(jī)約需6～8 遍，可以碾碎，基本徹底；利用D9G型壓路機(jī)碾壓3～5遍即可將巖石徹底碾碎。

通過試驗(yàn)，利用YT230 型推土機(jī)和YZB18K型羊足碾配套使用，碾壓4～6遍即可將巖塊基本粉碎，對(duì)堅(jiān)硬不能破碎的巖塊，用人工粉碎或清運(yùn)出場(chǎng)的辦法處理。

⒊⒈⒈⒊ 碾壓

推土機(jī)耙壓后，90區(qū)采用50t以上羊角碾振壓3～5遍，行駛速度控制在2～3km/h；93區(qū)采用50t以上羊碾振壓3～5遍，行駛速度控制在2～3km/h，基本可以保證巖石粒徑控制在25cm以內(nèi)。施工中嚴(yán)格控制最大粒徑和每層松鋪厚度，經(jīng)耙壓后的填料最大粒徑不得大于25cm，每層松鋪厚度不大于40cm。平地機(jī)的整平方法是由兩側(cè)開始向路中推進(jìn)，往復(fù)三次，一般就可達(dá)到規(guī)定的粒徑要求。

平地機(jī)精平后，用YZl8B以上振動(dòng)壓路機(jī)強(qiáng)振碾壓3遍，行駛速度控制在3～4km/h；最后用YZl8B振動(dòng)壓路機(jī)碾壓4遍，行駛速度控制在3～4km/h。壓實(shí)時(shí)的操作要求從兩側(cè)路基邊沿向路中推進(jìn)；壓路機(jī)碾壓輪重疊不小于40～50cm。

整平后的路堤適當(dāng)灑水使石塊之間有一層潤(rùn)滑，易于碾壓時(shí)石塊移動(dòng)、嵌瑣，振動(dòng)碾壓以拖式50t或擊振力50t以上自行式重型壓路機(jī)為佳。

壓路機(jī)的碾壓速度對(duì)路堤的壓實(shí)有顯著的影響，當(dāng)鋪層厚度不變時(shí)，傳遞至填方的能量與下列因素成比例；碾壓遍數(shù)/壓路機(jī)速度，壓路機(jī)的速度有一個(gè)最佳值，一般在3～6km/h之間，但在下列情況下建議采用偏低值3～4km/h。

⑴壓實(shí)度要求高；

⑵難于壓實(shí)的材料；

⑶鋪層較厚。

⒊⒈⒉ 密實(shí)密水控制措施

經(jīng)攤鋪耙壓后的填筑層，應(yīng)盡快碾壓。為保證密實(shí)度，根據(jù)不同的碾壓設(shè)備控制松鋪厚度，采用震動(dòng)式Y(jié)Z18壓路機(jī)，激振力25t壓路機(jī)松鋪厚度不宜大于30cm，激振力48t的壓路機(jī)松鋪厚度不宜超過40cm。Ⅰ類巖最佳含水量一般在12%左右，Ⅱ類巖的最佳含水量一般在6%，壓實(shí)前的材料含水量誤差控制在最佳含水量的1%以內(nèi)。為保證路基邊緣的壓實(shí)度和后期綠化需要。路基邊緣用低液限粘土包邊加寬0.5m。

經(jīng)碾壓密實(shí)的填筑層，如果利用灌砂法檢測(cè)密實(shí)度。由于Ⅱ類巖多為顆粒材料試驗(yàn)成洞困難，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性較差。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)改為根據(jù)配套設(shè)備的碾壓遍數(shù)，采用自重18t光面碾碾壓無輪跡與試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)雙控的辦法檢驗(yàn)密實(shí)度。

施工中填筑施工停滯時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，路基頂面做出不小于2%的橫坡，并整平路面，再用CBR值符合要求的低液限粘土填筑一層，以利于排水并防止水分下滲，起到密水作用。在下一層填筑前，將己完工的路基用羊角碾重新振壓一遍，形成凹凸面，以保證上下層面間的聯(lián)結(jié)。

⒊⒉ 路基不均勻沉降的控制

由于紅砂巖未完全消除的活性產(chǎn)生的不均勻沉降，需通過崩解和耙壓解小粒徑，盡量消除殘存活性。填筑密封層防止水分滲入路堤，同時(shí)做好路拱排水，盡量減小紅砂巖與空氣、水分的接觸，削弱紅砂巖崩解所需的外界條件。

在實(shí)踐中采用南非產(chǎn)藍(lán)派沖擊式壓路機(jī)補(bǔ)壓，減小壓實(shí)層的空隙度。試驗(yàn)證明，在壓實(shí)度合格的路基上，用沖擊式壓路機(jī)以不小于12～15km/h的速度補(bǔ)壓，可產(chǎn)生約400t的沖擊力，碾壓影響深度約1.5m，碾壓12～20遍的情況下，路基普遍沉降4～8cm。用該設(shè)備在填挖交界、半填半挖路段90區(qū)、93區(qū)、95區(qū)頂面補(bǔ)壓，能有效減小或消除不均勻沉降。

⒋ 結(jié)語

在紅砂巖路基施工中，應(yīng)著重做好防排水施工，采取周密施工組織，做到隨挖、隨填、隨壓、路塹邊坡隨防護(hù)，并通過預(yù)崩解、耙壓、密實(shí)、密水及重型壓路機(jī)補(bǔ)壓等技術(shù)措施，有效消除紅砂巖的活性，保證了路基整體強(qiáng)度和穩(wěn)定。

懷寧新縣城最早建成的道路已使用了近十余年，路基穩(wěn)定，水泥混凝土路面沒有出現(xiàn)因路基不均勻沉降造成的病害。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧宏 黃志軍.論紅砂巖路基的基本理論與施工技術(shù).民營(yíng)科技，2007年09期。

[2]胡新民.高速公路紅砂巖路基施工技術(shù)與質(zhì)量控制.壓實(shí)機(jī)械與施工技術(shù)，2004年07期。