淺析紅砂巖路基施工技術(shù)管理

摘要：紅砂巖在我國南方特別是湘南粵北分布很廣，因其特有遇水崩解塌陷以及爆破難度大的特性，使其在路基施工中具有很強(qiáng)的特殊性，在目前部頒相關(guān)規(guī)范中沒有相宜的處理措施，文章根據(jù)作者在衡炎高速十二標(biāo)對(duì)紅砂巖路基施工管理了經(jīng)驗(yàn)和感想。

關(guān)鍵詞：紅砂巖；路基施工；施工技術(shù)管理

中圖分類號(hào)：U412 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）12-0069-02

1 工程概況

衡陽至炎陵高速公路第12合同段，迄于茶陵縣下東鄉(xiāng)的夢(mèng)溪村K83+200，止于馬江鎮(zhèn)麻石村K92+860，全長9.6km，共有路基土石方132萬方，其中紅砂巖石方有120萬方。以長石紅砂巖為主，泥膠結(jié)結(jié)構(gòu)，且膠結(jié)程度較高。紅砂巖路基的施工是本項(xiàng)目施工的難點(diǎn)。

2 紅砂巖的特點(diǎn)

紅砂巖廣泛分布在我國南方長江中下游地區(qū)，特別是湘南粵北分布很廣。主要礦物成分為長石、石英、少量云母。多為沉積巖，泥膠結(jié)結(jié)構(gòu)，層狀分布，自然狀態(tài)非常密實(shí)，解理很少，按礦物質(zhì)分可分為長石紅砂巖和石英紅砂巖。我們施工的標(biāo)段以長石紅砂巖為主。紅砂巖按其力學(xué)性能分為三類：一類紅砂巖親水性粘土礦物質(zhì)含量高，浸水后呈泥狀或，渣狀崩解：巖石自由膨脹率平均為41.3%>40%，具有膨脹性，其單軸抗壓強(qiáng)度小于15Gpa，屬于軟巖；二類紅砂巖浸水呈塊狀崩解，一般具有碎屑結(jié)構(gòu)特征，單軸抗壓強(qiáng)度在1515Gpa附近，也屬于軟巖；三類紅砂巖浸水不崩解，強(qiáng)度較高，其單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)60～70Gpa。我們施工標(biāo)段以二、三類紅砂巖為主。

紅砂巖路塹開挖以爆破為主，輔以沖擊錘和大功率推土機(jī)開挖。由于紅砂巖的彈性模量模量較小，韌性有余而脆性不足，導(dǎo)致紅砂巖的爆破比較困難，特別是長石成分含量較高長石紅砂巖，以泥膠結(jié)為主，且膠結(jié)程度較高，爆破時(shí)耗藥量大，爆破后大塊率高，需二次解炮改小，因而爆破成本很高。石英含量較高的石英紅砂巖在爆破后大塊率較低，容易破碎。

由于紅砂巖的天然結(jié)構(gòu)及其礦物和化學(xué)成分，決定了紅砂巖雨水崩解軟化的工程特性。大量紅砂巖路基病害的調(diào)查研究和探討表明，紅砂巖路基的病害主要有路基的沉陷所致，而路基的沉陷往往與紅砂巖的浸水崩解相關(guān)。因此紅砂巖路堤填筑要盡可能使填料破碎或預(yù)崩解，粒徑不大于30㎝。

3 紅砂巖路基施工

3.1 紅砂巖路基施工設(shè)備

根據(jù)紅砂巖路基的一些基本特點(diǎn)路塹開挖所需設(shè)備（以一套設(shè)備配置為例）：潛孔鉆機(jī)2臺(tái)，以履帶式自行潛孔鉆機(jī)為好，手風(fēng)槍4臺(tái)，挖掘機(jī)（220馬力以上）3臺(tái)，大功率推土機(jī)2臺(tái)，破碎錘。運(yùn)輸設(shè)備以大功率的雙橋自卸汽車為好。而路堤壓實(shí)的主要設(shè)備要求有60t以上的拖式羊足碾一臺(tái)，自重18t以上的震動(dòng)壓路機(jī)一臺(tái)，推平機(jī)械中推土機(jī)功率不應(yīng)小于160馬力。紅砂巖路基施工時(shí)設(shè)備的效率不及土方的一半，在設(shè)備配置時(shí)一定要充分考慮。

3.2 紅砂巖的開挖及預(yù)崩解

未開挖的紅砂巖致密且具有一定的強(qiáng)度，特別是二類、三類紅砂巖大多以爆破形式開挖。放置一段時(shí)間，裸露預(yù)大氣、陽光、和雨水中，在這些自然因素的作用下，促使紅砂巖塊崩解破碎，強(qiáng)調(diào)降低。如果紅砂巖不經(jīng)過預(yù)崩解，對(duì)長石紅砂巖來講爆破的大塊率相當(dāng)?shù)母?，二次解炮將浪費(fèi)大量的人力和物力。采用破碎錘的成本也很大。

紅砂巖的另一種開挖形式可采用機(jī)械開挖，特別是一類紅砂巖主要以大功率推土機(jī)和挖掘機(jī)施工為主。二、三類紅砂巖也可采用機(jī)械施工，但功率要足夠大。我們?cè)诤庋赘咚俟肥?biāo)的施工中采用CAT-D9L推土機(jī)（功率為460馬力）對(duì)紅砂巖（二、三類紅砂巖）進(jìn)行單鉤開挖，作業(yè)效率可以達(dá)到每天1000方以上。推出來的填料較小，滿足路基填筑粒徑要求，可直接進(jìn)行路基填筑，在連續(xù)晴天，工期較緊沒辦法進(jìn)行預(yù)崩解的情況下是一種很好的施工方案，特別在距離建筑物較近的時(shí)候更為優(yōu)越，又能極大地避免爆破沖擊波對(duì)建筑物的破壞。其施工成本比爆破施工略高或基本相當(dāng)。二類、三類紅砂巖須爆破進(jìn)行配合施工邊坡等機(jī)械無法施工的部分。

3.3 紅砂巖路基的爆破

由于紅砂巖大多為泥膠結(jié)，韌性較強(qiáng)而脆性不足，其在爆破時(shí)沖擊波能量被紅砂巖大量吸收衰減，而巖石不易破碎，且有大塊率較高的特點(diǎn)，我們對(duì)紅砂巖的爆破進(jìn)行了爆破設(shè)計(jì)，施工檢驗(yàn)效果較好，有效降低了紅砂巖的大塊率。

（1）為確保邊坡穩(wěn)定，開挖深度6米以上、紅砂巖石方量較大且無特殊路基處理的工點(diǎn)采用小型潛孔鉆機(jī)，實(shí)施梯段控制爆破方法施工；為提高爆破效果，降低大塊率，并降低震動(dòng)效應(yīng)，均采用大孔距（孔距采用2.5～3米）、小排距（排距采用1.2～1.5米）、梅花形布孔（臨近系數(shù)m=a/b=2.0～2.5），并采用導(dǎo)爆管毫秒雷管實(shí)施逐排微差擠壓爆破。

（2）為提高邊坡穩(wěn)定性和美觀程度，本標(biāo)段采用預(yù)留光爆層法進(jìn)行光面爆破。潛孔鉆機(jī)鉆孔時(shí)邊坡設(shè)計(jì)有臺(tái)階者分臺(tái)階進(jìn)行光爆，設(shè)計(jì)無臺(tái)階者從塹頂沿坡面鉆孔一次爆到底。

（3）為確保路基面平整堅(jiān)實(shí)，最底層2米采用風(fēng)槍鉆孔爆破，并嚴(yán)格控制孔底標(biāo)高和超鉆值，并適當(dāng)縮小排距和孔距實(shí)施逐排微差起爆。

（4）為確保路基堅(jiān)實(shí)和坡腳穩(wěn)定，紅砂巖路基邊溝開挖采用兩側(cè)溝壁先行預(yù)裂爆破，然后沿中心布一排縱向傾斜孔，人為創(chuàng)造傾斜面，從外向內(nèi)依次響炮，松動(dòng)后采用挖鏟挖槽。

（5）為很好的對(duì)紅砂巖進(jìn)行預(yù)崩解，保證路堤填筑質(zhì)量，減少二次解炮，節(jié)約成本，我們?cè)谑┕r(shí)特意在雨季路堤填筑無法進(jìn)行時(shí)對(duì)紅砂巖挖方進(jìn)行爆破，使雨水能下滲，提高預(yù)崩解的效果。

（6）紅砂巖路基的爆破方案見附圖：紅砂巖路基梯段階梯松動(dòng)控制爆破

3.4 紅砂巖路基的填筑

紅砂巖路基施工要求配有大功率推土機(jī)（功率不小于160馬力）和大噸位的壓路機(jī)，尤其以大噸位的凸塊碾、羊足碾最好。其的施工設(shè)備與常規(guī)路基要求相同。

紅砂巖路基的填料的最大粒徑一般不超過松鋪厚度的2/3，松鋪厚度為40～50㎝，最大粒徑不超過30㎝。松鋪時(shí)增加一道耙壓工序，“壓”主要是指壓碎，而非壓密。耙壓的主要目的是借用推土機(jī)的自重和履帶粉碎紅砂巖。

經(jīng)過預(yù)崩解或者大功率推土機(jī)鉤松的填料運(yùn)到填方工點(diǎn)，使用大功率推土機(jī)反復(fù)耙壓，耙壓后粒徑仍超過規(guī)定尺寸采用破碎錘進(jìn)行破碎。再用60t拖式羊足碾碾壓3～4遍，然后用平地機(jī)刮平，用自重不小于20t的震動(dòng)壓路機(jī)碾壓3遍以上。因此碾壓前需檢查填料的含水量是否接近最佳含水量，紅砂巖的最佳含水量一般為8～11%，當(dāng)含水量不足時(shí)，須及時(shí)灑水。當(dāng)含水量接近最佳含水量后經(jīng)過反復(fù)推土機(jī)和拖式羊足碾耙壓，大部分填料已經(jīng)泥化，呈土石混合狀態(tài)，形成密實(shí)的不透水水路堤。類似碾壓合格的粘土路基。由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際為土石混填路基，實(shí)驗(yàn)室無法模擬現(xiàn)場(chǎng)確定最佳含水量。因而其壓實(shí)度的評(píng)價(jià)一般采用工藝法控制。當(dāng)采用20t以上壓路機(jī)碾壓輪跡印小于2㎜時(shí)即可認(rèn)為壓實(shí)度合格。

施工時(shí)，為利于雨天路基橫向排水，每一壓實(shí)層都應(yīng)作成不小于4%的路拱橫坡。路基超填按50㎝控制，邊坡整修可滯后路基填筑20～30天，待邊坡上紅砂巖塊自然崩解，在進(jìn)行人工整坡。

為防止雨水對(duì)紅砂巖路基產(chǎn)生危害，路基挖方及填方在路床頂面應(yīng)填筑不小于50㎝的粘土（要求CBR值不小于8%）或其他不透水層進(jìn)行封層以隔斷外界水分。

4 結(jié)語

紅砂巖路基填料的充分預(yù)崩解和耙壓及路床部分采用不透水層進(jìn)行封層是減少紅砂巖路基工后沉陷的保障；紅砂巖路基壓實(shí)設(shè)備一定要采用大噸位羊足碾和大功率的推土機(jī)，這是保證紅砂巖路基能充分得到耙壓的設(shè)備保障；在雨季前或雨季中對(duì)紅砂巖路基進(jìn)行大量爆破是保證紅砂巖填料能得到預(yù)崩解的措施保障；采用大孔距、小排距，梯段微差擠壓松動(dòng)爆破可有效地降低爆破中的大塊率；大功率的推土機(jī)（如CAT-D9L）的開挖是紅砂巖路基施工的一種不錯(cuò)的選擇。

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作者簡(jiǎn)介：張全明（1969—），男，中鐵十二局集團(tuán)第七工程有限公司工程師，研究方向：橋梁、路基、隧道等施工技術(shù)與管理。