探討公路項目紅砂巖路用性能試驗與施工質量控制

摘要 紅砂巖性質較為特殊，周圍環(huán)境不同其表現(xiàn)出不同的工程特性，如遇水強度降低、易軟化崩解等，而未經(jīng)處治的紅砂巖在規(guī)范中歸為不良填土范疇。因此需對紅砂巖進行改良，最終達到變廢為寶的效果。文章選擇某公路改擴建項目為研究對象，通過試驗了解紅砂巖的崩解特性，分析其作用機理，研究控制紅砂巖路基施工質量的措施，為同類型工程建設作有益探索。

關鍵詞 紅砂巖;崩解特性;路基施工;效果評價

中圖分類號 U416.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）09-0181-03

引言

紅砂巖在我國分布廣泛，具有巖石疏松、強度低的特點。因此，紅砂巖路基非常容易受到雨水和重型車輛的影響。如果紅砂巖路基的質量不合格，路面就會發(fā)生開裂、斷裂、損壞等事故，無法保證公路上車輛的安全。紅砂巖路基施工需要特殊的技術支持和合理的施工方法相結合，才能保證施工質量。該文選擇某公路項目施工實踐，經(jīng)室內試驗了解分析紅砂巖樣品的化學成分、工程特性等，結合施工經(jīng)驗，提出有針對性的處置措施[1]。

1 工程概況

某公路改擴建項目，全長15.8 km，路面為瀝青混凝土結構，項目在既有路寬基礎上擴寬至7.5 m，該公路服役多年，檢測顯示，其回彈模量、路基壓實度較低;周邊為紅砂巖區(qū)域，如采取借土換填措施會產(chǎn)生環(huán)保問題，因此須對紅砂巖進行改良，科學控制施工質量，最終達到變廢為寶的效果。

2 紅砂巖特性

2.1 化學成分分析

于該公路施工現(xiàn)場隨機獲取紅砂巖土樣，根據(jù)試驗規(guī)范，對其物理性質、化學成本進行測定，詳見表1～3;通過表1數(shù)據(jù)可知，紅砂巖土樣鐵元素含量豐富，主要為Fe2O3，鐵元素含量較多的原因為紅砂巖長時間沉積，伊利石、蒙脫石較多，該組分遇水易崩解[2]。

2.2 顆粒篩分和擊實試驗

影響紅砂巖工程性質的另一重要因素為土壤顆粒粒徑[3]，通過顆粒篩分試驗了解紅砂巖土樣粒徑分布情況，圖1所示為試驗結果。從圖1所載明數(shù)據(jù)可知，紅砂巖土樣顆粒含量孔徑主要介于0.075～2 mm之間，曲線不均勻系數(shù)低于5.0，曲率系數(shù)低于1.0，可知其為不良級配。

為明確土樣分類，使用重型擊實試驗測定其含水率[4]，結果為12.73%，借助聯(lián)合測定儀測定土樣塑限，結果為19.61%，指數(shù)為17.29，同時測得該紅砂巖最大密度為19.21 g/cm3，明確土樣屬粉土質砂。

2.3 CBR試驗結果

土樣自身強度也是路基填筑的重要指標之一，工程實踐中主要控制CBR和壓實度兩大指標。該文通過CBR試驗了解93%、95%兩種壓實度環(huán)境下，紅砂巖土樣強度參數(shù)，并對比分析崩解情況，結果如表4所示。

通過表4數(shù)據(jù)可知，從CBR強度角度看，采集的紅砂巖土樣基本符合公路路床填筑要求，但受濕度影響較大，在濕度環(huán)境下易出現(xiàn)膨脹、崩解問題，因此必須有針對性予以治理后方可用于填筑施工。

3 紅砂巖的崩解特性與作用機理

崩解特性指的是受陽光、大氣等條件影響，紅砂巖風化速度加快，崩解為碎片、顆粒等，尤以陽光、雨季等環(huán)境下表現(xiàn)更為顯著。紅砂巖風化完全后，其強度大大衰減。紅砂巖遇水崩解對其強度、膨脹性能、水穩(wěn)性等有直接影響，不利于路基穩(wěn)定，如不予以治理，將影響公路服役期限[5]。

對此，應確定其遇水軟化特性情況，該文對紅砂巖土樣進行不同粒徑、不同壓實度工況下的崩解試驗。于網(wǎng)板上放置采集的紅砂巖土樣，植入玻璃桶內，加入清水，旨在了解浸水環(huán)境下紅砂巖崩解演變規(guī)律，通過電子秤稱重紅砂巖土樣崩解全程，稱重崩解完成后殘余土樣質量，計算占比。

圖2所示為壓實度不同情況下測定的崩解曲線。由圖中數(shù)據(jù)可知，土樣剛入水時，經(jīng)由孔隙水分進入紅砂巖中，排出空隙中的空氣，該階段紅砂巖土樣含水率直線上升，紅砂巖土樣遇水崩解速率非常緩慢，低于土樣的飽和速率，因此該階段曲線測點質量均大于土樣質量，峰值出現(xiàn)于浸水約4 h，93%的壓實度及95%的壓實度紅砂巖土樣含水率近似飽和，質量曲線開始下降，崩解速度逐漸提升，占據(jù)試驗主導地位，約30 h后，紅砂巖土樣全部崩解。對比不同壓實度下的崩解曲線，崩解速率與壓實度呈負相關關系，即壓實度越高其土樣崩解速率越低，95%壓實度土樣的崩解速率低于93%壓實度土樣。完全崩解時間與壓實度呈正相關關系，即壓實度越高完全崩解時間越多，93%壓實度土樣完全崩解時間少于95%壓實度土樣崩解時間[6]。

據(jù)現(xiàn)有研究了解，紅砂巖組成材料為伊利石、石英等[7]，該組分親水性較強，浸入水中后，組成材料與水分子結合，發(fā)生反應逐步溶于水，影響紅砂巖的強度，降低其整體粘聚力，最終出現(xiàn)崩解情況。使用XRD衍射試驗測定殘余土樣了解情況，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，土樣崩解后礦物組成未出現(xiàn)變化，但含量降低，表明該文所解釋的崩解機理符合實際。同時，經(jīng)室內試驗了解，若要確保紅砂巖填料穩(wěn)定性，施工中需有針對性予以治理。實踐中治理措施主要有兩種，其一為規(guī)避紅砂巖接觸水分，或降低水分浸入量，確保填料強度較高;其二為借助化學或物理方法變更紅砂巖組成[8]。

4 紅砂巖路基施工及質量控制

（1）規(guī)范開展崩解試驗，了解紅砂巖土樣浸入水中后的抗壓情況、性質，了解現(xiàn)場取土樣填料情況，入水24 h后其強度低于15 MPa，肉眼觀察土樣分解為碎屑結構，由此判斷紅砂巖為Ⅱ類。雖然上文中提出，該紅砂巖土樣CBR值基本滿足施工需求，但實際用于施工前還需預處理紅砂巖，將紅砂巖的水活性降低乃至消除[9]。

（2）為取得合適紅砂巖填料，交通工程建設領域一般對紅砂巖實施預處理，所謂預處理指紅砂巖用于路基填筑施工前，經(jīng)由人工灑水等措施，將紅砂巖崩解加快，將易溶于水的部分剔除后用于路基填筑施工，降低直接使用后公路運營期出現(xiàn)病害的概率[10]。同時紅砂巖浸入水中，巖體更易破碎，強度有效降低，得以軟化，紅砂巖挖取更容易，且有利于碾壓施工。預崩解操作時應注意及時排出水分，通過耙壓措施提升紅砂巖的松散度，易于水分流失和蒸發(fā)，且將紅砂巖中大顆粒部分排除，優(yōu)化路基級配。對土樣進行上述操作發(fā)現(xiàn)，3～4次耙壓更為合理，土樣級配更優(yōu)，填料壓實后強度更高。

（3）因選擇的紅砂巖土樣為Ⅱ類，根據(jù)室內試驗，路基施工時需摻入水泥，摻入量約4%。為提升路基施工質量，現(xiàn)場使用灌砂法檢測改良填料的壓實度，觀察路基碾壓后的外觀，確保路基平整度高，光滑效果好，重點檢查壓實后沉降情況，確定其是否滿足規(guī)范要求;同時，實施層層壓實施工措施，400～800 m2設檢測點1個，若環(huán)境較為復雜，工況較低，填料要求較高，檢測點可加密[11]。圖3所示為改良處理紅砂巖的技術工藝情況。

5 現(xiàn)場施工效果評價

完成該工程路基填筑施工后，現(xiàn)場測試路基頂層回彈模量，測試使用便攜式PFWD落錘彎沉儀，全程設測試點40個，經(jīng)回彈測試，回彈模量均超過60 MPa。完成路基測試后，封閉路基，確保外界雨水等因素不影響改良紅砂巖路基，同一斷面設沉降觀測點5個。完成路基施工后，持續(xù)檢測路基彎沉情況，自然固結1.5年時間，檢測路基出現(xiàn)最大累計彎沉1.63 cm，且無繼續(xù)彎沉趨勢[12]。

6 結論

該文依托某公路改擴建工程實踐，通過室內試驗了解了紅砂巖崩解情況，提出了控制紅砂巖路基施工質量的措施和方法，經(jīng)該項目施工實踐，取得良好效果，得出結論如下[13]：

（1）土樣剛入水時，紅砂巖土樣含水率上升，崩解速率非常緩慢，峰值出現(xiàn)于浸水約4 h，約30 h后，紅砂巖土樣全部崩解。壓實度越高其土樣崩解速率越低，完全崩解所需時間也越多。

（2）紅砂巖填筑施工前施水預處理，加快其崩解，3～4次耙壓更利于水分流失和蒸發(fā)，土樣級配更優(yōu)，填料壓實后強度更高。

（3）經(jīng)現(xiàn)場測試路基頂層回彈模量，測點40個，回彈模量均超過60 MPa;路基竣工自然固結1.5年，最大累計彎沉1.63 cm，且無繼續(xù)彎沉趨勢。

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收稿日期：2022-03-15

作者簡介：羅長林（1975—），男，本科，高級工程師，研究方向：公路橋梁與隧道工程。