皖南山區(qū)紅砂巖路基設計方法研究

陳祥勇 （安徽省高速公路控股集團有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前 言

紅砂巖是一種因富含鐵質氧化物而呈現(xiàn)紅色、褐紅色或者褐色的泥質或者砂質沉積巖類。紅砂巖被挖掘或者爆破出來后，受大氣環(huán)境或干濕循環(huán)作用，易崩解碎裂、顆粒軟化，甚至泥化，從而降低強度，工程性質變差。己有的工程實踐表明：紅砂巖具有弱膨脹性和易崩解性，是一種不良的路基填料。

結合紅砂巖的工程特性和常見病害的分析，水是觸發(fā)病害的主要外因，膨脹性及易崩解性是內因。因此，紅砂巖作為路基填料必須解決好隔水、排水措施，增加密實度，特別是盡可能維持紅砂巖填料處于相對封閉狀態(tài)，避免殘余水活性的發(fā)揮。

對于不崩解性紅砂巖，其力學性能及水穩(wěn)性能與普通巖石差別不大，完全可以直接作為路基填料，其相關設計可依據(jù)《公路路基設計規(guī)范》中一般填石路堤進行設計。而對于崩解性紅砂巖，鑒于它的上述工程特性和典型病害分析，采用紅砂巖作為路基填料的相關設計在原有規(guī)范要求的基礎上，需進行針對性設計，本文對此進行系統(tǒng)的研究。

1 紅砂巖料源選取及設計參數(shù)

①設計紅砂巖路堤應預先調查料源并作好必要的室內試驗，掌握紅砂巖材料的工程特性。試驗方法按《公路土工試驗規(guī)程》執(zhí)行。

②為消除大粒徑紅砂巖的活性，應對粒徑超過100cm的紅砂巖進行崩解處理，一般將紅砂巖曝露在自然情況下，8d~15d基本完成崩解；也可以人工解小后，采用大能量壓實機械予以壓實。

圖1

③紅砂巖使用前必須選擇有代表性的試樣進行擊實試驗，確定最大干密度和最佳含水量。試驗方法按《公路土工試驗規(guī)程》執(zhí)行。

④應通過試驗測定紅砂巖的內摩擦角和粘結強度。試驗方法按《公路土工試驗規(guī)程》執(zhí)行。

⑤紅砂巖的滲透系數(shù)、壓縮系數(shù)等參數(shù)宜通過試驗確定。試驗方法按《公路土工試驗規(guī)程》執(zhí)行。

2 紅砂巖填料的設計要求和壓實標準

①紅砂巖具有膨脹性和易崩解，不宜作為路基填料，如作為路基填料，則應采取適當?shù)拇胧┍Ｕ下坊盍系腃BR和壓實度達到表1所規(guī)定的指標要求，試驗方法按《公路土工試驗規(guī)程》執(zhí)行。

②紅砂巖填料路基須采用分層填筑，填料松鋪厚度不宜大于40cm，填料的最大粒徑也應小于20cm。

3 紅巖填料路基設計

3.1 紅砂巖填料的路堤斷面設計

3.1.1 路堤斷面形式

紅砂巖路堤的斷面形式可參照一般填筑的路堤斷面形式，主要分為三種：

①直線型，一坡到頂?shù)闹本€型邊坡比較適用于紅砂巖填筑的低路堤；

②折線型，大多在填土較高的路段采用，可分為二級或三級折線坡，上陡下緩，但必須保證整體穩(wěn)定性要求；

③平臺式，與路塹邊坡平臺斷面相似，普遍適用于高路堤邊坡。當填土高度大于10m時，應設置平臺，平臺寬度應能保證上一級邊坡及路堤整體穩(wěn)定，一般不宜小于2.0m。

3.1.2 路堤設計形式

紅砂巖路堤應采用外包式路堤設計形式，如圖1所示，以確保路堤的長期穩(wěn)定性。具體為在堤心部位采用紅砂巖填料，外包層采用填筑塑指>8的中性粘性土作為隔水封閉層的措施，頂面厚度應大于0.3m，側面應大于1m。

路床土最小強度和壓實度要求 表1

紅砂巖路堤邊坡設計參考值 表2

紅砂巖路堤底部應離開地下水位或地表長期積水位500mm以上，否則應設置隔離層。隔離層厚度不宜小于300mm，隔離層橫坡不宜小于3%。

路面采用不透水面層，減低地表水經面層下滲。路基橫坡應采用4%坡度，能夠快速疏干路面積水，減小下滲量。

在相關資料缺乏的情況下，紅砂巖路堤邊坡設計可參考表2設計。

3.2 紅砂巖填料的路堤邊坡防護設計

①為了提高路堤邊坡的穩(wěn)定性，阻隔地表水下滲，在紅砂巖填方段設立了混凝土拱型骨架護坡，骨架中設置了積水溝，減少坡面沖刷，并擬在框格中植草，防止沖刷。具體設計依據(jù)《公路路基設計規(guī)范》中5.2.2條。

②紅砂巖路堤的擋墻結構，應按《公路路基設計規(guī)范》中5.4條進行設計，并在墻體泄水孔進水口處設置反濾層。

③對于高度在5.0m以上的路堤，應驗算路堤自身的穩(wěn)定性，其抗滑安全系數(shù)應滿足《公路路基設計規(guī)范》中表3.6.8規(guī)定。在其參數(shù)選取方面，應予以考慮紅砂巖材料的劣化對參數(shù)的影響，建議填方高度不超過20m。

3.3 紅砂巖填料的路堤的排水設計

①公路路堤排水設計應防、排、疏結合，并與路面排水、路基防護、地基處理以及特殊路基地區(qū)（段）的其它處治措施等相互協(xié)調，形成完善的排水系統(tǒng)，融入當?shù)氐呐殴嘞到y(tǒng)和自然水系。

②邊溝設置在山坡路堤的上方一側，或者平坦地段矮路堤的兩側，用以匯集并排除降落在路面和路肩表面、流向路堤坡腳的地面水，以減輕對路面和路基的浸濕程度。紅砂巖路堤邊溝斷面可適度增深增寬，加速公路區(qū)域地表水的排泄，減輕地表水下滲對填筑層的影響。

③加大坡面排水力度，一般在混凝土拱型骨架護坡的骨架中設置積水溝，快速疏散坡面積水，減小下滲。

④多雨地區(qū)、山嶺和丘陵地區(qū)路基排水需設置截水溝，用以攔截路基上方流向路基的地面水，減輕邊溝的水流負擔，保護填方坡腳不受流水沖刷和損害。截水溝的橫斷面形式為梯形。溝的邊坡坡度一般為1∶1~1∶1.5。溝底寬度不小于0.5m，溝深按設計流量經計算而定，不小于0.5m。截水溝長度不宜超過500m。截水溝溝底應具有0.5%以上的縱坡，當條件容許時，縱坡應適當加大，溝底與溝壁要求平整密實，不滯流，不滲水，必要時予以加固和鋪砌。

⑤排水溝主要用于排除來自邊溝、截水溝或其他水源匯集的水流，并將其引至路基范圍以外的指定地點，如附近的橋涵、河谷或遠離路基的低洼地。排水溝的橫斷面形式一般采用梯形，尺寸大小應經水利水文計算而定。用于邊溝、截水溝及取土坑出水口的排水溝，由于流量較小，不需特殊計算，但底寬與深度均應不小于0.5m，土溝的坡度可取1∶1~1∶1.5。

⑥其它未及的排水設計，可依據(jù)《公路路基設計規(guī)范》第四部分內容進行排水設計。

4 小 結

紅砂巖區(qū)域的高速公路建設，利用開挖形成的紅砂巖作為填方材料修筑填方路基既節(jié)約了工程造價，又減輕了棄土對環(huán)境的影響。但紅砂巖具有膨脹性及易崩解性的工程特性，作為路堤工程填料，必須進行針對性的設計。本文在充分認識紅砂巖的工程特性的基礎上，延伸《公路路基設計規(guī)范》以適用于紅砂巖填料路基的設計，具體而言，在紅砂巖填方路基設計方法方面：采用增大橫坡坡度和坡面積水措施、加速疏導地表水快速排泄；采用路基外層包邊和降低松鋪厚度和最大粒徑、加大壓實能量增加密實度，降低滲透性，減小地表水的入滲；從疏、堵兩個角度確保了紅砂巖填料處于相對封閉狀態(tài)，抑制了紅砂巖填料的劣化，殘余水活性無法發(fā)揮，確保路基填料達到規(guī)范要求且長期穩(wěn)定性得到保障。

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