公路工程紅砂巖路用性能試驗(yàn)及質(zhì)量控制探討

摘要 紅砂巖在我國南方地區(qū)路基施工中，分布廣泛，若不能對(duì)其性能、施工過程實(shí)施有效控制，勢必會(huì)對(duì)環(huán)保造成嚴(yán)重影響。鑒于此，文章針對(duì)紅砂巖路用性能、質(zhì)量控制實(shí)施科學(xué)探究，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)、相關(guān)工程實(shí)踐，確定了紅砂巖工程特性，并制定了一系列科學(xué)有效的施工質(zhì)量控制措施，以期為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞 紅砂巖；崩解特性；路基施工；效果評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào) U416.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）04-0103-03

0 引言

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得人們對(duì)生存環(huán)境的質(zhì)量要求愈加嚴(yán)苛。紅砂巖作為一種特殊路基填料，其性能極易受周圍環(huán)境影響，對(duì)環(huán)境造成一定程度破壞，如何科學(xué)高效地解決環(huán)保問題，確保路基填筑的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，已成為目前面臨的主要問題?；诖耍撐牟捎檬覂?nèi)試驗(yàn)與圖表分析相結(jié)合的方法，對(duì)湖南某公路項(xiàng)目沿線紅砂巖組成成分、工程特性、崩解特性等展開研究，并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定了針對(duì)性的路基處治及施工控制措施。

1 紅砂巖特性

紅砂巖用作路基填料時(shí)，因其自身性質(zhì)受環(huán)境作用較大，遇水容易出現(xiàn)裂解軟化，承載性能較差，易風(fēng)化。工程實(shí)踐中未經(jīng)處理的紅砂巖性能較差，不可直接用于路基填料。在我國湖南、四川等中南部地區(qū)，分布大量的紅砂巖地質(zhì)帶，公路項(xiàng)目建設(shè)沿線遇紅砂巖分布區(qū)時(shí)，若采取挖除換填法對(duì)路基進(jìn)行處理，勢必會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)保問題，并增加施工成本。經(jīng)綜合考慮，決定對(duì)紅砂巖實(shí)施改良處理，通過對(duì)施工質(zhì)量科學(xué)把控，實(shí)現(xiàn)紅砂巖的有效利用。

1.1 化學(xué)成分分析

通過現(xiàn)場取樣的方式，從現(xiàn)場提取紅砂巖樣品，對(duì)其化學(xué)組成、力學(xué)性能實(shí)施綜合檢測，如表1～表3所示。通過表1能夠看出，紅砂巖中鐵離子主要以Fe2O3的形式存在，且內(nèi)部存在較多的蒙脫石、伊利石，遇水易出現(xiàn)崩解現(xiàn)象[1]。

1.2 顆粒篩分和擊實(shí)試驗(yàn)

影響紅砂巖工程性質(zhì)的另一重要因素為土壤顆粒粒徑，可通過顆粒篩分試驗(yàn)了解紅砂巖土樣粒徑分布情況。該試驗(yàn)得出紅砂巖土樣的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(jí)配。

為進(jìn)一步確定土體工程性能，分別采用烘干法、圓錐儀法、重型擊實(shí)試驗(yàn)測定土壤含水率、塑限、最大干密度等參數(shù)，經(jīng)土顆粒篩分測試結(jié)果顯示，該紅砂巖土體含水率為12.73%，塑限為19.61%，塑限指數(shù)為17.29，最大干密度為19.21 g/cm3，屬粉土質(zhì)砂，工程性質(zhì)較差[2]。

1.3 CBR試驗(yàn)結(jié)果

土樣自身強(qiáng)度也是路基填筑的重要指標(biāo)之一，工程實(shí)踐中主要控制CBR和壓實(shí)度兩大指標(biāo)。該文通過CBR試驗(yàn)探究93%、95%兩種壓實(shí)度環(huán)境下，紅砂巖土樣強(qiáng)度參數(shù)，并對(duì)比分析崩解情況，結(jié)果如下表4所示：

通過上表4所示數(shù)據(jù)可知，從CBR強(qiáng)度角度看，該文采集的紅砂巖土樣基本符合高速公路路床填筑要求，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(duì)性予以治理后方可用于填筑施工[6]。

2 紅砂巖的崩解特性與作用機(jī)理

崩解特性指的是受陽光、大氣等條件影響，紅砂巖風(fēng)化速度加快，分解為碎片、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(fēng)化完全后，其強(qiáng)度大大衰減。紅砂巖遇水崩解對(duì)其強(qiáng)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[3]。

為確定紅砂巖遇水軟化特性情況，該文對(duì)紅砂巖土樣進(jìn)行不同粒徑、不同壓實(shí)度工況下的崩解試驗(yàn)。于網(wǎng)板上放置采集的紅砂巖土樣，置入玻璃桶內(nèi)，加入清水，旨在了解浸水環(huán)境下紅砂巖崩解演變規(guī)律。

試驗(yàn)過程中，根據(jù)電子秤讀數(shù)記錄殘余土樣質(zhì)量，并計(jì)算其占比，直至紅砂巖土壤完全崩解。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建立殘余土壤占比隨浸水時(shí)間變化的關(guān)系曲線，結(jié)果見圖1所示。根據(jù)圖中所示數(shù)據(jù)可知：（1）土樣剛?cè)胨畷r(shí)，經(jīng)由孔隙水分進(jìn)入紅砂巖中，排出孔隙中的空氣，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(diǎn)質(zhì)量均大于土樣質(zhì)量，峰值出現(xiàn)于浸水約4h；

（2）兩種壓實(shí)度的土壤含水率均趨于飽和，土壤開始加速崩解，約30h后，紅砂巖土樣全部崩解；（3）對(duì)比不同壓實(shí)度下的崩解曲線，崩解速率與壓實(shí)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即壓實(shí)度越高其土樣崩解速率越低，95%壓實(shí)度土樣的崩解速率低于93%壓實(shí)度土樣；（4）完全崩解時(shí)間與壓實(shí)度呈正相關(guān)關(guān)系，即壓實(shí)度越高完全崩解時(shí)間越多，93%壓實(shí)度土樣完全崩解時(shí)間少于95%壓實(shí)度土樣崩解時(shí)間[4]。

根據(jù)現(xiàn)有研究，紅砂巖組成材料為伊利石、石英等，該組分親水性較強(qiáng)，浸入水中后，組成材料與水分子結(jié)合，發(fā)生反應(yīng)逐步溶于水，影響紅砂巖的強(qiáng)度，降低其整體黏聚力，最終出現(xiàn)崩解情況。使用XRD衍射試驗(yàn)測定殘余土樣了解情況，經(jīng)試驗(yàn)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(jī)理符合實(shí)際。同時(shí)，室內(nèi)試驗(yàn)表明，若要確保紅砂巖填料穩(wěn)定性，施工中需有針對(duì)性予以治理。實(shí)踐中治理措施主要有兩種：（1）為規(guī)避紅砂巖接觸水分，或降低水分浸入量，確保填料強(qiáng)度較高；（2）為借助化學(xué)或物理方法變更紅砂巖組成。

3 紅砂巖路基施工及質(zhì)量控制

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

（2）為取得合適紅砂巖填料，交通工程建設(shè)領(lǐng)域一般對(duì)紅砂巖實(shí)施預(yù)處理，所謂預(yù)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(yùn)營期出現(xiàn)病害的概率。同時(shí)紅砂巖浸入水中，巖體更易于破碎，強(qiáng)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(yù)崩解操作時(shí)應(yīng)注意及時(shí)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(jí)配。該文對(duì)土樣進(jìn)行上述操作發(fā)現(xiàn)，3～4次耙壓更為合理，土樣級(jí)配更優(yōu)，填料壓實(shí)后強(qiáng)度更高[5]。

（3）因該文選擇的紅砂巖土樣為Ⅱ類，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)，路基施工時(shí)需摻入水泥，摻入量約4%。為提升路基施工質(zhì)量，現(xiàn)場使用灌砂法檢測改良填料的壓實(shí)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(diǎn)檢查壓實(shí)后沉降情況，確定其是否滿足規(guī)范要求；同時(shí)，實(shí)施層層壓實(shí)施工措施，400～800 m2設(shè)檢測點(diǎn)1個(gè)，若環(huán)境較為復(fù)雜，填料要求較高，檢測點(diǎn)可加密。下圖2所示為改良處理紅砂巖的技術(shù)工藝情況。

（4）壓實(shí)度檢測：通常采用沉降法和外觀檢驗(yàn)法對(duì)紅砂巖路基實(shí)施壓實(shí)度檢測。沉降檢測法主要通過對(duì)各樁號(hào)設(shè)置5～9個(gè)高程點(diǎn)，分別對(duì)各點(diǎn)壓實(shí)前后的高程實(shí)施準(zhǔn)確測量，當(dāng)二者差值小于3 mm，證明壓實(shí)度符合要求。

（5）水穩(wěn)定性：選擇40 m長、3 m高、與設(shè)計(jì)同寬的試驗(yàn)路段，在48 h持續(xù)降水95.9 mm條件下，利用挖掘機(jī)在壓實(shí)區(qū)域開挖深2.0 m、長4.0 m、寬1.5 m基坑，分別測出坑中深0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m位置處的含水量。為防止降水干擾紅砂巖底層路基采用包邊法組織施工，路基項(xiàng)層采用換填法組織施工。

（6）路基強(qiáng)度：CBR值滿足規(guī)范規(guī)定；浸水28 d后的膨脹量試驗(yàn)結(jié)果顯示，路基水穩(wěn)性能良好。

（7）路基沉降：為控制紅砂巖路基沉降問題，紅砂巖每填筑2 m沖壓一次。采用該方案對(duì)93區(qū)域路基實(shí)施填筑，其代表彎沉值為171（0.01 mm），滿足設(shè)計(jì)文件要求。

4 施工環(huán)保措施

施工時(shí)，注意保持施工區(qū)域衛(wèi)生，及時(shí)清除施工區(qū)域內(nèi)的生活垃圾及建筑垃圾，設(shè)置專職垃圾分類管理人員，并劃定分類垃圾臨時(shí)儲(chǔ)放區(qū)，做好垃圾分類處理，定時(shí)定點(diǎn)組織垃圾清運(yùn)。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況及國家和地方性法規(guī)要求，建立環(huán)保管理預(yù)案，加強(qiáng)施工過程中的環(huán)保管理和工人環(huán)保意識(shí)培訓(xùn)，將環(huán)保理念貫穿于項(xiàng)目施工管理的全過程。

5 現(xiàn)場施工效果評(píng)價(jià)

路基填筑完畢，對(duì)已完路基表面回彈模量實(shí)施綜合檢測，檢測儀器采用PFWD便攜式落錘彎沉儀。檢測結(jié)果顯示，該路段40個(gè)路基回彈模量測點(diǎn)，檢測值均在60 MPa以上，符合設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)要求，驗(yàn)證了該紅砂巖路基處理工藝的可行性。

路基檢測完畢并驗(yàn)收通過后，及時(shí)組織后續(xù)工序施工，防止降雨等環(huán)境水害破壞路基。為進(jìn)一步驗(yàn)證該工程所用砂巖路基處理方案的可行性，選取典型斷面設(shè)置5個(gè)沉降觀測點(diǎn)，對(duì)路基彎沉狀況實(shí)施跟蹤監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果顯示，在路基自然固結(jié)超過1.5年以上，其累積最大彎沉值1.63 cm，總體趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)論

該文對(duì)紅砂巖路用性能及崩解特性進(jìn)行了綜合分析，并結(jié)合具體工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其施工方式和質(zhì)量控制實(shí)施科學(xué)探究，結(jié)果表明：對(duì)于山地丘陵等土資源匱乏區(qū)域，采用外調(diào)土方換填的方式施工成本較高，經(jīng)綜合比較，采用紅砂巖改良處治的方式實(shí)施路基填筑，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合規(guī)范要求，適用于除96區(qū)域外的所有路基填筑。通過在該工程的實(shí)際應(yīng)用，效果顯著，其具體結(jié)論如下：

（1）紅砂巖土樣遇水后，其含水量升高，呈現(xiàn)緩慢崩解現(xiàn)象，浸水4 h崩解速度達(dá)到最大，約30 h后，其土樣完全崩解。

（2）紅砂巖填筑施工應(yīng)澆水處理，加速其崩解，采用3～4次耙壓使內(nèi)部水分充分蒸發(fā)和散失，使土樣性能更加優(yōu)良，填筑壓實(shí)后承載能力更高。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-07-12

作者簡介：石通義（1992—），男，本科，工程師，主要從事公路工程試驗(yàn)工作。