李傳斌 杜宇飛

瑞贛高速公路是廈門—成都高速公路在江西境內(nèi)的一段，是江西省“三縱四橫”公路主骨架網(wǎng)中第四橫的一部分，也是江西省利用世界銀行貸款修建的第3號(hào)項(xiàng)目，總長117.12 km，起于瑞金市石云山，與廈蓉線隘嶺(贛閩界)—瑞金終點(diǎn)相接，經(jīng)會(huì)昌、于都、贛縣，終于贛州市章貢區(qū)，與廈蓉線贛州城西段起點(diǎn)(黃金互通立交)連接，路線所經(jīng)區(qū)域均隸屬于贛州市。

瑞贛高速公路路線呈東西走向，以低山丘陵地貌為主，地形侵蝕切割嚴(yán)重，植被較為發(fā)育。線路所經(jīng)區(qū)域地形主要以低山丘陵和山區(qū)小盆地地形為主，整個(gè)區(qū)段內(nèi)分布大大小小紅層盆地近50個(gè)，屬典型的區(qū)域性紅盆地形。紅盆區(qū)域內(nèi)的紅砂巖是在侏羅系、白堊系與第三系砂巖、泥巖、頁巖及其互層結(jié)構(gòu)等軟硬相間的層狀巖體，其屬內(nèi)陸河流、湖泊相沉積地層，沉積歷史較短，成巖程度差，有較強(qiáng)的環(huán)境效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)，巖體強(qiáng)度低，抗風(fēng)化能力差，水敏感性強(qiáng)，遇水巖體強(qiáng)度大幅度下降，失水后易產(chǎn)生崩解，工程性質(zhì)較差。

1 紅砂巖的工程性質(zhì)

根據(jù)顆粒類型，紅砂巖可分為粒狀碎屑結(jié)構(gòu)和泥狀結(jié)構(gòu)兩類。這兩種典型結(jié)構(gòu)紅砂巖的主要黏土礦物成分都是高嶺土、蒙脫石和伊利石。

從分子結(jié)構(gòu)來看，親水性強(qiáng)的蒙脫石和伊利石是導(dǎo)致紅砂巖水穩(wěn)定性差、易崩解、軟化的主要原因。由于蒙脫石和伊利石的親水性較強(qiáng)，故其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低是決定紅砂巖易崩解軟化、水穩(wěn)定性差的主要原因。一般蒙脫石與伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和大于10%的紅砂巖崩解性強(qiáng)，5%～10%之間的紅砂巖也具有明顯崩解性，5%以下為不崩解的紅砂巖。崩解后的紅砂巖易軟化，隨著干濕循環(huán)時(shí)間的增加，顆粒不斷碎化，最后呈渣狀或泥狀，完全喪失強(qiáng)度。為了方便研究，研究者一般根據(jù)紅砂巖在烘干后浸水24 h后的崩解狀況分為3類:崩解成泥狀、渣狀或粒狀者，稱為一類巖;崩解成塊狀者，稱為二類巖;根本不崩解者，稱為三類巖。紅砂巖崩解或碾壓成細(xì)粒狀后，其吸水性更強(qiáng)，很快便達(dá)到飽和狀態(tài)，具有較大的孔隙率，因此其透水性相對(duì)較強(qiáng)，所以剛爆破開挖的一、二類紅砂巖不能直接用于高速公路路基填筑。三類紅砂巖由于遇水不崩解，可以通過解小以填石或者土石混填進(jìn)行填筑。

2 瑞贛高速公路對(duì)紅砂巖路段的處理

2.1 過程施工控制

1)施工機(jī)械:在滿足普通路基填筑對(duì)機(jī)械的要求之外，要求承包人增加大噸位的推土機(jī)、羊足碾和振動(dòng)壓路機(jī)。其中采用專用的壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行壓實(shí)是施工的關(guān)鍵工序之一，壓實(shí)效果的好壞直接關(guān)系到工程質(zhì)量的優(yōu)劣。在紅砂巖路基的施工中，應(yīng)配備60 t拖式振動(dòng)壓路機(jī)(羊足碾)、40 t輪式振動(dòng)壓路機(jī)和推土機(jī)各一臺(tái)。推土機(jī)的主要作用是將填料推平，以履帶碾壓之，再以松土齒耙松，稱為“耙壓”。一般耙壓遍數(shù)不得少于兩遍，目的在于碾碎紅砂巖大顆粒，經(jīng)耙壓后，檢查紅砂巖最大粒徑是否滿足要求，若不滿足應(yīng)繼續(xù)耙壓或解小。這些設(shè)備激振力大，有利于對(duì)大塊紅砂巖解小并且操作簡單，成本相對(duì)較低。2)紅砂巖開采:在紅砂巖深挖路塹路段的爆破開采中，既要考慮設(shè)計(jì)要求又要充分利用地形采用合理爆破方法，一方面保證路塹邊坡的安全性，另一方面使爆破產(chǎn)生的紅砂巖粒徑盡可能較小。在操作的過程中一般采用自上而下小炮群爆破法開挖，短進(jìn)尺，多打眼，少裝藥，弱爆破，同時(shí)要充分利用自然因素，將爆破產(chǎn)生的紅砂巖暴露于大氣中，利用強(qiáng)光和雨水加快巖體的崩解速度。在崩解過程中應(yīng)對(duì)巖體進(jìn)行每天兩次的現(xiàn)場澆水工作。3)松鋪厚度控制:根據(jù)《公路工程路基施工規(guī)范》規(guī)定的填石路段最大松鋪厚度50 cm，最大粒徑30 cm，項(xiàng)目業(yè)主組織AS15標(biāo)在贛江橋頭紅砂巖填方路段做試驗(yàn)路，利用羊足碾進(jìn)行反復(fù)振動(dòng)碾壓。通過檢測中心對(duì)該路段的返挖并結(jié)合壓實(shí)度試驗(yàn)確定紅砂巖路段的最大松鋪厚度為40 cm，最大粒徑為25 cm。4)由于紅砂巖的高吸水性和透水性，96區(qū)頂業(yè)主要求承包人進(jìn)行借土填筑，同時(shí)對(duì)填方路基邊坡進(jìn)行必要的黏性土覆蓋，防止雨水滲入引起不均勻沉降。

2.2 工后控制

瑞贛高速公路相關(guān)紅砂巖填方路段碎石含量達(dá)70%～90%，填筑過程中雖然進(jìn)行了大規(guī)模的改石工作并在填筑的過程中進(jìn)行沖擊碾壓，但局部路基填筑后孔隙仍然較大，壓實(shí)質(zhì)量難以保證，而且路基完工后即將經(jīng)歷贛南雨季，長時(shí)間暴露極易產(chǎn)生較大的工后沉降和不均勻沉降。強(qiáng)夯法是20世紀(jì)60年代末由法國梅納技術(shù)公司首先創(chuàng)用的，此法在開始時(shí)僅用于加固砂土和碎石土路基，在港口、碼頭工程中應(yīng)用廣泛。經(jīng)過幾十年來的應(yīng)用與發(fā)展，已拓展到用于加固從礫石到黏性土的各類路基土。強(qiáng)夯的有效深度是目前工程研究人員的主要探討內(nèi)容之一，強(qiáng)夯的創(chuàng)始人Megard提出了有效影響深度的計(jì)算公式為:

其中，h為加固影響深度;w為夯錘重;H為下落高度。

采用以上公式計(jì)算得到的影響深度和工程重實(shí)測的有效影響深度相差較大，且均偏大，近年來，眾多學(xué)者建議對(duì)上述公式進(jìn)行修訂，提出了修訂后的Megard公式如下:

其中，α為修正系數(shù)，和多種因素有關(guān)。

這方面的資料很多，Leonards建議對(duì)砂土地基乘以0.5的修正系數(shù);王成華收集整理了40項(xiàng)強(qiáng)夯工程或試驗(yàn)實(shí)測的α值，夯擊能一般為1 000 kN?m～2 500 kN?m，α值的范圍為 0.2～0.95，α=0.4的頻率約為80%，均值為0.5。此外根據(jù)JGJ 79-91建筑低級(jí)處理技術(shù)規(guī)范規(guī)定，強(qiáng)夯的有效影響深度應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定，在缺少試驗(yàn)資料和經(jīng)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)表1的數(shù)據(jù)確定。

表1 強(qiáng)夯的影響深度

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際并結(jié)合相關(guān)技術(shù)規(guī)范，業(yè)主制定了針對(duì)本項(xiàng)目的強(qiáng)夯技術(shù)規(guī)范，對(duì)特殊路段(如高填方(超過8 m)、填挖交接、半填半挖路段)96區(qū)第二層頂進(jìn)行強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)，采用10 t重錘從10 m高空落下，即單錘強(qiáng)夯擊能為1 000 kN?m，夯擊遍數(shù)根據(jù)填料性質(zhì)確定，一般采用點(diǎn)夯2遍～3遍，最后再以低能量滿夯2遍，滿夯可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時(shí)間間隔，間隔時(shí)間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間。夯擊點(diǎn)位置可根據(jù)基底平面形狀，采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯擊點(diǎn)間距可取夯錘直徑的2.5倍～3.5倍，第二遍夯擊點(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間，以后各遍夯擊點(diǎn)間距可適當(dāng)減小。

從進(jìn)行強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)的路段來看，強(qiáng)夯后路基的平均沉降量達(dá)到了21 cm～28 cm，壓實(shí)度提高了5%，普遍達(dá)到 96%以上，夯錘以下50 cm以內(nèi)壓實(shí)度更是接近100%，此外通過返挖發(fā)現(xiàn)錘下4.2 m～4.5 m范圍內(nèi)的土體都受到了沖擊壓實(shí)。以上情況說明強(qiáng)夯產(chǎn)生的沖擊荷載對(duì)路基表面至以下4.5 m的土層產(chǎn)生了極大的擠密效應(yīng)，減小了土體的孔隙體積，使土體致密，強(qiáng)度得到了很大的提高。與此同時(shí)由于強(qiáng)夯作用，錘下土體形成了一層隔水層能夠有效防止地表水滲入路基內(nèi)，同時(shí)也阻斷了路堤內(nèi)紅砂巖和外界水分的交換，保證了路基的穩(wěn)定。

3 結(jié)語

1)紅砂巖路基填筑是一種土石混填結(jié)構(gòu)，該路段的最大松鋪厚度宜控制在40 cm以內(nèi)，最大粒徑宜小于25 cm;2)1 000 kN?m強(qiáng)夯擊能的影響深度為4 m左右，強(qiáng)夯能使壓實(shí)度提高5%，對(duì)紅砂巖路段的填筑質(zhì)量具有重要意義。

瑞贛高速公路項(xiàng)目對(duì)紅砂巖路基填筑過程的施工控制以及對(duì)工后的重新處理，取得了較好的效果，該方法在很大程度上保障了路基的壓實(shí)度要求，盡量避免了今后可能出現(xiàn)的不均勻沉降造成的路基病害，具有一定的推廣價(jià)值，對(duì)其他類似項(xiàng)目的紅砂巖路基填筑具有指導(dǎo)意義。

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