石英片巖路基填料適用性分析

呂治剛 （安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230011）

0 前言

石英片巖是一類常見的區(qū)域變質(zhì)巖，其主要造巖礦物為石英和云母類。工程上，石英片巖中云母類礦物含量越高，其力學(xué)穩(wěn)定性越差。因此，在云母類礦物含量較高的石英片巖區(qū)域開展高速公路建設(shè)時，路基填料的力學(xué)穩(wěn)定性是需要重點研究的問題之一。

安徽省中東部中元古代地層廣泛分布石英片巖類巖石，是擬建某高速公路必經(jīng)路段。在該區(qū)域，石英片巖類巖石主要分布于元古代的西冷巖組（Pt2x）和北將軍巖組（Pt2bj）。2組地層總厚度一般大于1400m，以變質(zhì)巖石為主，巖石種類較多，除石英片巖外，還存在白云石英片巖、變石英角斑巖、千枚巖、薄層石英巖、大理巖、白云石大理巖等，不同巖石呈交錯互層分布，局部為透鏡體分布，每種巖石的礦物含量差異性亦較大，整套地層構(gòu)造發(fā)育，片理產(chǎn)狀呈波浪狀，總體趨勢較一致。對于區(qū)域內(nèi)的石英片巖，呈薄層、片狀構(gòu)造，以石英、白云母、長石礦物為主，根據(jù)礦物成分的差異，主要分為長石石英片巖和石英白云母片巖，前者為黃褐、褐灰、灰色，薄層、塊狀、碎塊狀，敲擊易碎，破碎后主要呈碎石混土狀，以石英、長石、絹云母（白云母）為主；后者為灰白、灰綠色，片狀、碎塊狀，輕敲易碎，破碎后主要呈粉末狀，以絹云母（白云母）、石英、長石為主。

1 石英片巖的工程特性

石英片巖具有典型的片狀構(gòu)造，各向異性明顯，具有明顯的單向工程特性，垂直于片理方向的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等強(qiáng)度指標(biāo)明顯高于與片理平行方向，在對該高速公路石英片巖進(jìn)行巖石抗壓強(qiáng)度試驗時，近垂直片理方向的飽和抗壓強(qiáng)度值一般10～20MPa，而近平行片理方向的飽和抗壓強(qiáng)度值小于5MPa，破壞方式主要為沿片理結(jié)構(gòu)面破壞。對于不同云母含量的石英片巖，軟化系數(shù)差異較大，石英白云母片巖軟化系數(shù)一般小于0.6，極端情況小于0.3，軟化后的巖石具有軟巖的基本屬性，遇水易崩解，主要受片巖中的云母和黏土性物質(zhì)控制，成塊的巖石在經(jīng)過一場雨水后很快就會變?yōu)閹r屑。

2 工程實驗分析

本次工作對高速公路途徑區(qū)域的長石石英片巖（樣1）和石英白云母片巖（樣2）進(jìn)行了詳細(xì)的鑒定分析。長石石英片巖和石英白云母片巖進(jìn)行手標(biāo)本鑒定揭示，長石石英片巖以黃褐、褐灰色為主，石英白云母片巖以灰白、灰綠色為主；兩者成份上也有明顯區(qū)別，石英白云母片巖樣中的白云母含量明顯高于長石石英片巖。2組樣本的巖石礦物成分分析結(jié)果詳見表1。

巖石礦物鑒定成分分析表 表1

在礦物鑒定的基礎(chǔ)上，我們對該高速公路分布的長石石英片巖和石英白云母片巖分別選取多組試樣進(jìn)行路基填料試驗，現(xiàn)在選擇其中具有代表性的2組試驗數(shù)據(jù)，如表2。

石英片巖路基填料試驗數(shù)據(jù)表 表2

3 試驗結(jié)果

3.1 試驗分析

本次工作對不同白云母含量的石英片巖開展了系統(tǒng)的路基填料試驗，發(fā)現(xiàn)能夠滿足規(guī)范要求的試樣全部為較深顏色的長石石英片巖，不能滿足規(guī)范要求的試樣全部為淺色的石英白云母片巖。實驗結(jié)果揭示，雖然試驗數(shù)據(jù)稍有差別，但是總體趨勢是白云母含量較低的長石石英片巖工程特性優(yōu)于白云母含量較高的石英白云母片巖，白云母含量多少是決定石英片巖能否作為路基填料的關(guān)鍵因素。

表2列舉了對長石石英片巖、石英白云母片巖以及摻水泥石英白云母片巖的路基填料試驗結(jié)果。試驗結(jié)果顯示：長石石英片巖與石英白云母片巖試樣的最佳含水量和最大干密度相差不大，沒有明顯的區(qū)別，但承載比(CBR值)差異巨大。按照《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTGD30-2015）對高速公路基填料的技術(shù)要求，上下路床CBR值分別≥8、≥5，上下路堤CBR值分別≥4、≥3[1]，可以看出，長石石英片巖的CBR值能夠滿足要求，石英白云母片巖CBR值不能滿足規(guī)范要求。

白云母含量的增加直接導(dǎo)致了填料的CBR值偏低，這和云母礦物的特性是分不可的，它具有典型的層狀構(gòu)造，層狀解理非常完全，構(gòu)造面光滑，易于剝離成薄片狀，而且白云母強(qiáng)度較低，具有彈性，破碎后相互間很難形成粘聚力。以上特點使白云母的工程特性變得較差，因此白云母含量較高的石英白云母片巖工程特性也較差，使其不能直接作為路基填料使用。

3.2 改良處理效果

對于不能作為路基填料的石英白云母片巖如果直接丟棄，需要增加棄土場征地成本，并且存在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，可以摻入一定比例的水泥進(jìn)行改良處理。本次工作對不能直接作為路基填料的石英白云母片巖進(jìn)行了摻水泥路基填料實驗。表2所列實驗結(jié)果顯示，當(dāng)摻入1%以上的水泥量后，試樣的CBR值就能滿足路堤填料的要求，當(dāng)摻入3%以上的水泥量后，試樣的CBR值就能滿足路床填料的要求，說明摻入一定量水泥能夠顯著改良石英白云母片巖的工程特性。

4 結(jié)語

對于石英片巖，首先巖石細(xì)化定名上加以區(qū)分，白云母含量小于30%時定名為長石石英片巖，白云母含量大于30%定名為石英白云母片巖。在對這2種石英片巖進(jìn)行路基填料試驗、礦物成分分析試驗后，發(fā)現(xiàn)長石石英片巖CBR值滿足規(guī)范要求，在做好防水措施的情況下，能夠直接作為路基填料進(jìn)行利用，石英白云母片巖CBR值不能滿足規(guī)范要求，不能直接作為路基填料，必須摻入一定比例的水泥進(jìn)行改良處理才能利用。通過分析，石英片巖中白云母含量多少是其能否直接作為路基填料的關(guān)鍵因素，隨著白云母含量的增加，其可利用性降低，當(dāng)超過一定比例后則不能直接作為路基填料。

在公路工程建設(shè)中，有時會經(jīng)過石英片巖分布區(qū)，而石英片巖能否作為路基填料利用就顯得特別重要。如果能夠直接利用，不但可以降低工程造價，又節(jié)能環(huán)保。在工程勘察設(shè)計階段，需要對場地采用地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、取樣試驗等勘察手段，才能初步確定石英片巖可利用方量，因為石英片巖中白云母含量差異較大，巖石又極不均勻，導(dǎo)致很難準(zhǔn)確的判斷可利用方量，即使在施工過程中，如果不能采取有效的判斷措施，也很難確定具體地段石英片巖的可利用性。從顏色上看，長石石英片巖明顯深于石英白云母片巖，所以在工程應(yīng)用中，可先從顏色上進(jìn)行初步判斷，再進(jìn)行礦物成分分析試驗和路基填料試驗，進(jìn)行類比后，再確定工程區(qū)的石英片巖的特性，從而把石英片巖有效的分成長石石英片巖和石英白云母片巖，其中長石石英片巖直接利用，石英白云母片巖摻入一定比例的水泥后再進(jìn)行利用。

參考資料

[1]JTGD30-2015，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[2]安徽省區(qū)域地質(zhì)志[Z].安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1987.

[3]JTGC20-2011，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].