對(duì)常用紅砂巖路基施工技術(shù)的研究

劉東明

摘要：隨著我國高等級(jí)公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，用作路基填筑的材料越來越多，紅砂巖就是其中一種較為理想的材料，紅砂巖作為路基填料有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)紅砂巖填筑路基的施工工藝和質(zhì)量檢測(cè)控制進(jìn)行了初步的探討。

關(guān)鍵詞：紅砂巖路基質(zhì)量檢測(cè)

1紅砂巖路基穩(wěn)定性原理分析

眾所周知，合格路基的內(nèi)在質(zhì)量應(yīng)具備三個(gè)要求：具有足夠的整體穩(wěn)定性；具有足夠的強(qiáng)度；具有足夠的水穩(wěn)性。簡(jiǎn)而言之，就是路基要達(dá)到“密實(shí)”、“均勻”和“穩(wěn)定”的使用要求。

路基密實(shí)的過程，實(shí)際上是一個(gè)顆粒重組的過程，而對(duì)填石路基來說，則是巖石位移重組的過程。路基的穩(wěn)定是相對(duì)的，也就是說，當(dāng)路基在外界應(yīng)力作用下，巖石間無位移或位移量能控制在某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)時(shí)，我們就可認(rèn)為路基最初是穩(wěn)定的。而在設(shè)計(jì)年限內(nèi)，在設(shè)計(jì)荷載的作用下，位移能控制在某一標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，則我們可認(rèn)為路基在使用過程中一直合格。

路基的穩(wěn)定是由路基的整體決定的，對(duì)石方路基的穩(wěn)定性，取決于兩個(gè)方面：一是巖石填筑形成巖體后的孔隙比(e1)，而非巖石本身的孔隙比(e2)；二是巖石的強(qiáng)度。e2是不可改變的，所以要提高石方路基的穩(wěn)定性，最理想的狀態(tài)當(dāng)然是e1盡可能小，而要達(dá)到這一目的，就是希望填料具有良好的級(jí)配，并容易碾壓密實(shí)，而盡可能使巖石破碎是最直接的途徑，而破碎程度的大小取決于巖石的強(qiáng)度和壓實(shí)設(shè)備類型；路基的密實(shí)過程實(shí)際上也是填料棱角破碎，填料擠密的過程，所以路基成型后，路基能否保持穩(wěn)定，與巖石的強(qiáng)度密切相關(guān)，此時(shí)巖石的強(qiáng)度越高，路基反而越穩(wěn)定，而巖石的最大強(qiáng)度是有限的。且強(qiáng)度受自然因素的影響大，主要受大氣、水的影響大，所以防護(hù)、排水工作對(duì)路基強(qiáng)度偏低的紅砂巖至關(guān)重要。

2施工方案

路基施工方案的關(guān)鍵要確定三項(xiàng)指標(biāo)：一是壓實(shí)設(shè)備類型；二是松鋪層厚；三是檢測(cè)辦法。根據(jù)石方路基穩(wěn)定原理的定性分析、紅砂巖的物理、力學(xué)性能及已往紅砂巖路基的施工經(jīng)驗(yàn)確定具體的施工方案。

2.1壓實(shí)設(shè)備選擇激振力35噸以上的壓路機(jī)，也即YZ20以上壓路機(jī)。之所以選擇YZ20以上壓路機(jī)，主要是YZ20以上壓路機(jī)激振力大，各類型號(hào)的YZ20壓路機(jī)激振力均在350KN以上，最大靜線壓力也在580N／cm以上，激振力大，有利于在碾壓過程中對(duì)巖石進(jìn)行二次解?。黄浯尾捎脡郝窓C(jī)施工進(jìn)度有保證，且壓路機(jī)操作簡(jiǎn)單，施工成本低。

2.2松鋪層厚最初根據(jù)《公路工程路基施工規(guī)范》(JTJ033-95)，確定為50cm，石料最大粒徑不大于30cm。在試驗(yàn)路段的鋪設(shè)中，發(fā)現(xiàn)有部分強(qiáng)度低的紅砂巖極易破碎，且紅砂巖通過爆破解小后細(xì)料占有相當(dāng)部分的比重，與別的石質(zhì)有明顯區(qū)別，所以最初把紅砂巖完全當(dāng)作填石路堤的構(gòu)想不完全正確。實(shí)際上紅砂巖在大噸位壓路機(jī)的激振作用下，最初的填石結(jié)構(gòu)的特性，發(fā)生了變化，它變?yōu)榱送潦焯罱Y(jié)構(gòu)。但同時(shí)由于分層厚度過大，通過挖驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，石料架空現(xiàn)象較多，也即單點(diǎn)合格率低，為進(jìn)一步克服這一點(diǎn)，后將松鋪層厚由50cm改為35cm，最大粒徑由35cm改為230m。

眾所周知路基填土是典型的擾動(dòng)的顆粒、水和空氣組成的三相體材料，不同種類的填土，壓實(shí)特性也不相同。而土石混合料的壓實(shí)特性是大小顆粒在力的作用下克服顆粒問阻力產(chǎn)生位移的過程，即大小顆粒全新排列，相互靠近，使孔隙體積減少，單位體積內(nèi)固體顆粒數(shù)量增加的過程。土石混合料的壓實(shí)不僅與粗粒的風(fēng)化程度有關(guān)，而且與其含量有關(guān)，當(dāng)粗粒含量低于40％時(shí)，粗粒料在壓實(shí)土體中僅作為不可壓縮的骨料，混合料的壓實(shí)細(xì)料起決定性作用。紅砂巖本身的特點(diǎn)，使其在大噸位壓路機(jī)作用下大顆粒的材料減少，不能起到骨架作用，只能作為不可壓縮的包裹體，壓實(shí)特性介于純土和純石之間，但其密度則因粗粒的存在而有不同程度的改變。

紅砂巖填筑路基并不是純粹意義上的石方填筑，而實(shí)際上是土石混填，因此在實(shí)際施工中我們采用土石混填的施工規(guī)范來進(jìn)行施工。所以在后續(xù)的試驗(yàn)路段鋪設(shè)時(shí)就規(guī)定松鋪厚度為35cm，石料最大粒徑不超過最大松鋪厚度的2／3即(23cm)。通過在以后進(jìn)行的挖驗(yàn)以及沖壓補(bǔ)強(qiáng)的沉降觀測(cè)證明這是成功的。

3檢測(cè)方法的確定

檢測(cè)方法的確定應(yīng)滿足：一、能合理評(píng)價(jià)路基工程質(zhì)量；二、具有可操作性和經(jīng)濟(jì)性。

3.1密度檢測(cè)法密度檢測(cè)法是目前應(yīng)用最廣泛的一種方法，它是對(duì)路基質(zhì)量的一種綜合評(píng)價(jià)手段，該法是以Proctor壓實(shí)理論為基礎(chǔ)，并以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)干容重(pd)與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)求取的最大干容重(pdmax)之比值即壓實(shí)度是否達(dá)到某一規(guī)定之值來實(shí)現(xiàn)。由于壓實(shí)度法，對(duì)土石混填有其局限性，且小試坑方法也僅僅反映局部小范圍的壓實(shí)情況，為克服這些不足，提出沉降檢驗(yàn)法。

3.2抗力檢測(cè)法土體在壓實(shí)的反復(fù)荷載作用下，強(qiáng)度得以提高，彈性模量隨荷載次數(shù)增加而加強(qiáng)，最后趨于某一定值。塑性變形增量則逐漸減少最后趨于零，當(dāng)土體達(dá)到這一狀態(tài)時(shí)，就認(rèn)為已經(jīng)壓實(shí)。本方法基于上述原理，采取一定的手段測(cè)定彈性模量或塑性變形增量，由此形成了二個(gè)分類，即彈性模量法和塑性變形法。

3.2.1彈性模量法目前對(duì)彈性模量的測(cè)定多采用承載比或彎沉，具體做法是選定某些測(cè)點(diǎn)，測(cè)定這些點(diǎn)在加卸載后的回彈彎沉，將測(cè)定的回彈彎沉值與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較以判定壓實(shí)質(zhì)量是否合格。應(yīng)用該法檢測(cè)壓實(shí)質(zhì)量有以下優(yōu)點(diǎn)：①測(cè)定指標(biāo)直接與變形特性相聯(lián)系；②荷載量大，影響范圍廣，反映了一定范圍內(nèi)壓實(shí)填方的整體情況，不破壞土體結(jié)構(gòu)，但檢測(cè)需要彎沉車，大面積施工中不利于推廣。

3.2.2塑性變形法此方法多采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行。用水準(zhǔn)儀測(cè)定塑性變形增量，即：在填方土體整體開始碾壓前，先在整平的土體上布置方格網(wǎng)，確定各測(cè)點(diǎn)，然后開始碾壓，每碾壓一次。用水準(zhǔn)儀測(cè)量上述各測(cè)點(diǎn)高程變化，直到碾壓前后兩次測(cè)定的高程之差(塑性變形增量)在規(guī)定的范圍內(nèi)(2mm)，即認(rèn)為合格，這種方法直觀、簡(jiǎn)單易行，且具備上述彈性模量法優(yōu)點(diǎn)。但測(cè)點(diǎn)碾壓前后的重現(xiàn)性較差，影響了測(cè)量精度；且檢測(cè)沉降必須采用壓路機(jī)振壓兩遍后再進(jìn)行沉降觀測(cè)。將耗費(fèi)較多時(shí)間和機(jī)械臺(tái)班，不便于在大面積施工中全面推廣使用。

3.3沉降檢驗(yàn)法對(duì)石方成型路基質(zhì)量的檢測(cè)、評(píng)估一直是一個(gè)難題，課題組最后選擇了沉降檢驗(yàn)法，對(duì)路基整體穩(wěn)定程度進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)價(jià)，其原理是：對(duì)已成型且認(rèn)為合格的路基使用特大噸位的壓實(shí)機(jī)具進(jìn)行多次沖擊，若其平均沉降能在某一標(biāo)準(zhǔn)(q)內(nèi)，則可認(rèn)為路基合格。標(biāo)準(zhǔn)a值可通過收集國內(nèi)有關(guān)參數(shù)求得，同時(shí)通過對(duì)肯定有把握合格的標(biāo)準(zhǔn)路基進(jìn)行沖擊，分析合格路基沉降情況判別紅砂巖路基合格程度。

4施工中的建議

4.1紅砂巖干燥狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度為30-60MPa，自然狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度為15－30 MPa，飽水強(qiáng)度為0-20 MPa：其礦物成分主要以石英、長(zhǎng)石、巖屑、泥質(zhì)為主：

4.2對(duì)紅砂巖填筑路基，應(yīng)采用YZ20型以上(即最大激振力為350KN以上)的壓路機(jī)，松鋪層厚控制在35cm，攤鋪前最大粒徑控制在23cm以內(nèi)的施工方案：

4.3在施工中，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控，特別是應(yīng)嚴(yán)格對(duì)松鋪層厚和最大粒徑的控制，由于紅砂巖的壓實(shí)度檢測(cè)精度受試坑的大小影響較純土方大，施工中重在以壓實(shí)遍數(shù)控制工程質(zhì)量；

4.4為提高紅砂巖路基的單點(diǎn)合格率，建議對(duì)成型后的紅砂巖路基采用大噸位壓實(shí)機(jī)具進(jìn)行一定范圍的沖壓補(bǔ)強(qiáng)：如果采用CYZ25沖擊壓路機(jī)進(jìn)行沖壓補(bǔ)強(qiáng)，則平均沉降在7CM以內(nèi)，單點(diǎn)合格率達(dá)90％以上可認(rèn)為路基質(zhì)量合格，等等。