何勁

摘要：首先介紹紅砂巖的特性及物理指標(biāo)。利用其遇水易分解的特點(diǎn)，解決了施工中塊徑大的困難。利用毛細(xì)水作用原理，探明了紅砂巖膠結(jié)機(jī)理問題，對(duì)紅砂巖邊坡穩(wěn)定提出了處理方法。

關(guān)鍵詞：紅砂巖;路基;施工工藝

紅砂巖路基施工，在國內(nèi)高等級(jí)公路中還沒有一套完善的施工工藝、施工規(guī)范可循。根據(jù)某紅砂巖地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)及大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)紅砂巖路基的施工工藝及保證措施進(jìn)行了探討。

1紅砂巖的特性及物理指標(biāo)

泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖及泥質(zhì)或砂質(zhì)頁巖等沉積巖，因其富含鐵的氧化物而呈紅色、深紅色或褐色，此類巖石統(tǒng)稱為紅砂巖，它受其所處的地域、裸露狀況、覆蓋厚度及剖面裂紋、朝陽面等諸多因素影響，其風(fēng)化深度、巖體內(nèi)含水量等均有較大差異，為此將施工中遇到的紅砂巖劃分為完全風(fēng)化和未完全風(fēng)化兩大類。由此產(chǎn)生出不同的施工手段及機(jī)械配置。

對(duì)某工程紅砂巖進(jìn)行構(gòu)成成分分析，能得出風(fēng)化速度、膠結(jié)成分等，這對(duì)指導(dǎo)施工起到了關(guān)鍵性的作用。如：從紅砂巖中無硅、鋁含量可斷定此類巖石是靠擠壓形成真空密實(shí)，并非擠壓膠結(jié)所形成，這樣在施工中就很容易知道，無論壓實(shí)度達(dá)到多高，填筑用紅砂巖材料僅僅通過壓實(shí)而擠密實(shí)，永遠(yuǎn)不可能通過壓實(shí)而形成整體板塊。因此在紅砂巖填筑段一定要注意地下水及周邊水的浸蝕。因?yàn)槟┍荒雺撼煞蹱畹募t砂巖顆粒仍占填筑數(shù)量的75%左右，它們?cè)谒肿拥淖饔孟氯詴?huì)崩解、溶蝕，直接危害路堤的使用安全。表l為該工程K111+350～K119+050.677段的紅砂巖物理指標(biāo)值。

2紅砂巖路基施工

紅砂巖路基施工主要的問題在于如何保證路基的穩(wěn)定性，而影響紅砂巖路基穩(wěn)定的主要因素就是水和填筑材料的粒徑，因?yàn)榧t砂巖遇水極易崩解，顆粒越大，崩解后產(chǎn)生的影響就越大。高速公路通過的填方段一般都是在農(nóng)田及低洼地區(qū)，所以填筑施工前一定要將路基邊溝開挖成型。既有利于排水、降低水位，又有利于劃分施工邊界。排除漬水的填方路段，應(yīng)及時(shí)將地表植物或淤泥清除掉，這樣做的目的是保證回填材料與基礎(chǔ)間有一個(gè)牢固的接觸而不是“夾層”。清淤后要經(jīng)過一定時(shí)間的晾曬，使表面水分蒸發(fā)，提高地基承載力。一般填方段地基壓實(shí)度必須達(dá)到90%或通過觸探儀來檢測(cè)承載力滿足100MPa方可，否則必須進(jìn)行填前碾壓或換填及拋石等其它方式達(dá)到提高地基承載力。

當(dāng)?shù)鼗休d力滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)可進(jìn)行路基填筑，每層松鋪厚度不得大于40cm，但第一層回填時(shí)填筑厚度必須大于50cm，主要是考慮到在強(qiáng)力碾壓下，回填材料由于強(qiáng)度大于地基表面材料強(qiáng)度會(huì)嵌入到地基土中。

在第一、二層回填中，為了避免地基層的軟弱部分反射到路基中形成軟彈，碾壓遍數(shù)要嚴(yán)格控制，更不允許壓路機(jī)原地起振。若在施工中發(fā)現(xiàn)下腹軟彈已反射到路基層中來，應(yīng)當(dāng)及時(shí)處理，如換填或采用碎石隔離層等。

紅砂巖路基施工中，由于回填材料以風(fēng)化、半風(fēng)化紅砂巖為主，其顆粒均在5-25cm范圍內(nèi)，所以對(duì)碾壓機(jī)具就有更高的要求。在施工中發(fā)現(xiàn)經(jīng)重型推土機(jī)推平及光輪壓路機(jī)強(qiáng)壓后，雖然獨(dú)檢壓實(shí)度極容易達(dá)到質(zhì)量要求，但其可靠性太差，原因是在紅砂巖施工中壓實(shí)度的檢測(cè)均是采用灌砂法、水袋法及核子儀等常用手法來進(jìn)行相互校正，而忽視了由于紅砂巖經(jīng)碾壓后大于5mm的顆粒仍占每層填方量的85%左右，所以檢測(cè)手段不適當(dāng)。

如果每次檢測(cè)都采用彎沉儀檢測(cè)既不現(xiàn)實(shí)又影響進(jìn)度，所以為了保證壓實(shí)效果，有效的施工方法是：按每層控制厚度卸料，然后利用重型推土機(jī)（D85）進(jìn)行整平，并依靠其自重及履帶輪進(jìn)行初次碾壓，然后透灑一遍水，待經(jīng)過一定時(shí)間的滲透后再用YZT-18（50t）振動(dòng)羊足碾來回拖壓兩遍，再用平地機(jī)按從中到邊的方式精平一遍，最后用Y2-16（40t）光輪壓機(jī)按操作方法來回振壓兩遍;這樣一層回填過程就基本完成了。

為什么要用大噸位羊足碾進(jìn)行破碎碾壓呢？在施工抽檢中發(fā)現(xiàn)使用過羊足碾的回填層中，粒徑為0.1mm的顆粒從原來占總填方量秘15%左右提高到45%左右。這是因?yàn)闉⑺異灹咸岣吡宋⑿☆w粒含量，對(duì)提高壓實(shí)效果起了很好的作用。

在紅砂巖路基施工中，由于層層整平，推土機(jī)不斷地將塊徑大的巖石都推到邊坡下，使得路基邊坡顯得非常松散，用人工清理、改炮等方按都不實(shí)惠。經(jīng)過一段時(shí)間的摸索，利用紅砂巖溫水極易崩解的特性，有意向邊坡上透灑水，使那些滾落到邊坡上的巖石塊人工加速風(fēng)化;一般灑水后在25℃氣溫下，一個(gè)月左右40cm石塊基本都可崩解為3cm左右的小巖石塊，然后人工整坡，再灑水風(fēng)解，再整坡。這樣基本上保證了每填筑2m修整邊坡一次的要求，從竣工路基外形來看，此方法是可行的。

3毛細(xì)水作用在紅砂巖路基施工中的利用

毛細(xì)水的上升速度與土壤的壓實(shí)程度、地下水位及土顆粒大小有關(guān)，而毛細(xì)水的作用一般對(duì)路基來說可忽略不計(jì)，因它在凸起的路基中上升高度及擴(kuò)散作用都是有限的，且密實(shí)的枯土、亞粘土等填筑材料又限制了毛細(xì)水的作用及危害。但是在紅砂巖地區(qū)路基施工中，情況卻大不一樣。施工技術(shù)規(guī)范中，嚴(yán)禁在紅砂巖施工中為控制含水量而灑水，其目的是阻止承包人利用灑水促進(jìn)紅砂巖風(fēng)化而降低巖石強(qiáng)度達(dá)到碾碎效果。在底基層施工中，因農(nóng)田含水量較高，地基承載力較低（一般設(shè)計(jì)清淤厚度在30cm的農(nóng)田“荷蘭錘”都只有3-8下，換算后地基承載力為20-80KPa），為保證填筑效果，防止地基軟彈反射到路基中來，一般采取50cm的換填處理。此時(shí)對(duì)紅砂巖填料的粒徑控制為：塊徑為50cm占10%，塊徑為25cm占50%，塊徑小于25cm占40%，通過重型設(shè)備的推平、碾壓，經(jīng)抽查塊徑小于25cm的填料最終比例占底基層填料的80%，這樣紅砂巖填料粒徑滿足了要求，而且紅砂巖作為填筑材料，當(dāng)其粒徑在5-15cm之間時(shí)，可視為路基隔水層，阻止地下水對(duì)路基的危害。因此只要控制好紅砂巖的粒徑，則紅砂巖的路基填筑就不成問題了。

施工段的紅砂巖富含鐵而不含鋁成分、因此，紅砂巖填筑路基中成型的主要方式是擠密嵌固，而不是膠結(jié)，通過對(duì)碾壓成型后填方段的隨機(jī)抽樣發(fā)現(xiàn)，粒徑2.5-1mm的占總抽樣的80%左右（見表2），如果含水量在5%左右時(shí)，抽樣發(fā)現(xiàn)填筑厚度中的填筑材料幾乎是松散狀（施工時(shí)檢驗(yàn)表中記錄的含水量均在15%-25%）。

紅砂巖的分類是通過單軸抗壓強(qiáng)度來衡量的，共分為三類：I類：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度小于15MPa;Ⅱ類：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度等于15MPa;Ⅲ類：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度大干15MPa。由于一般單位沒有巖石切割機(jī)，根據(jù)紅砂巖崩解特性，提出了一個(gè)簡(jiǎn)易劃分紅砂巖強(qiáng)度分類方法即浸泡法：I類：浸泡后完全崩解;Ⅱ類：浸泡后部分崩解;Ⅲ類：浸泡后完全不崩解。

根據(jù)分類要求，做了大量的紅砂巖分類對(duì)比，主要是想通過試驗(yàn)確定紅砂巖的強(qiáng)度類型，了解它在路基填筑條件下的物理特性。如：吸水性、膠結(jié)程度、無氧狀況下風(fēng)化速度、遇水崩解效果等（單軸抗壓測(cè)試見表3）。

由于紅砂巖強(qiáng)度較高，施工過程中通過反復(fù)地整平、碾壓，成型時(shí)所造成的小顆粒一般強(qiáng)度都是很高的。但是其自身是不可能與同類材料進(jìn)行膠結(jié)的。如何來解決紅矽巖路基填料之間的膠結(jié)問題呢？通過施工實(shí)踐、試驗(yàn)、摸索，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過下雨透濕后的路基，再經(jīng)過重型碾壓設(shè)備壓實(shí)，其成型較為理想，由于雨水滲透作用使不易碾碎的小顆粒紅砂巖表面細(xì)小塵粒剝落填充到紅砂巖顆粒嵌固間隙中，在表面滲透水的作用下，使路基紅砂巖填筑材料間不斷致密，又阻止了水分的蒸發(fā)。經(jīng)過一段時(shí)間，地表滲透水漸漸均勻，此時(shí)，滲透水與地下毛細(xì)水上升水頭相連，又加速了毛細(xì)水的上升。從填方段隨機(jī)挖坑抽檢，發(fā)現(xiàn)只要是毛細(xì)水作用到的填筑范圍內(nèi)，紅砂巖顆粒都比較小，且壓實(shí)度較高。挖坑側(cè)面觀測(cè)整體性較好，膠結(jié)效果明顯。如果開挖后毛細(xì)水作用高度不夠（如顆粒過大產(chǎn)生的隔水作用），則此處雖然壓實(shí)度檢測(cè)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但紅砂巖顆粒間都是松散結(jié)構(gòu)，不利于路基成型后的使用。

由于毛細(xì)水作用對(duì)紅砂巖顆粒有真空吸附膠結(jié)作用的原理，對(duì)施工起了很大的幫助，經(jīng)過試驗(yàn)后，我們?cè)谑┕ぶ胁捎脼⑺囃笧⒎?，即：紅砂巖填料運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)卸車、推平，然后用灑水車透灑兩遍水，待表面風(fēng)干后，再用40t光輪壓路機(jī)振壓封面，人工制造滲透水，加速毛細(xì)水上升作用，達(dá)到了很好的使用效果。

經(jīng)過一段時(shí)間（200d左右），我們對(duì)以前較大塊徑紅砂巖境筑路基底部地段也進(jìn)行了挖坑檢查，發(fā)現(xiàn)在毛細(xì)水的上升力及填筑塊狀間少量空隙中湖濕空氣作用下，使得絕大部分紅砂巖塊石都發(fā)生了不同程度的崩解，崩解后的小顆粒又起到了填充嵌固空隙作用。更加完善了毛細(xì)水上升作用的條件，當(dāng)然若用過多、過大紅砂巖作填充路基材料，其崩解所產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)必將成為路基病害，故在施工中萬萬不可取。

4紅砂巖路塹邊坡穩(wěn)定問題及處理

對(duì)紅砂巖地段路塹邊坡穩(wěn)定問題一般可采取以下幾種方式來處理：（1）加大邊坡率：一般在石方路塹設(shè)計(jì)中，其路塹邊坡率取值在0.5-0.75之間，紅砂巖路塹因紅砂巖遇水易崩解及巖石產(chǎn)狀與路線相關(guān)的原因，所以仍按1：（0.5-0.75）是不可取的。在施工中也發(fā)現(xiàn)由于邊坡率過陡而發(fā)生塌方，并破壞了整條施工帶邊坡穩(wěn)定的現(xiàn)象。具體的辦法是加大路塹邊坡率，使其在失穩(wěn)前就將得到控制，加大取值范圍在1-2之間。（2）坡面保護(hù)：加大邊坡率后，極易發(fā)現(xiàn)其表面積增大，在南方潮濕多雨地區(qū)，匯水面積大，對(duì)紅砂巖來說并不是一件好事，根據(jù)其特性使用一段時(shí)間后仍會(huì)發(fā)生更大破壞，有效的防治就是采取坡面保護(hù)，如：噴漿、掛網(wǎng)錨噴混激土、鋼筋混凝土骨架等措施。在施工過程中由于這類保護(hù)措施不是在施工前提出的，而是在土方施工基本完成后提出，所以失去了同步施工的條件，因而在輔助實(shí)施上工程量較大，且難度也較大。（3）上擋護(hù)面：這也是坡面保護(hù)的一種，但考慮了紅砂巖滲水作用會(huì)失穩(wěn)，所以在屬紅砂巖地段統(tǒng)一采取漿砌2-4m不等高片石擋土墻，并可根據(jù)不同地勢(shì)及段落采取不同形式的鑲面裝飾，可以起到很好的美化作用。對(duì)上外露部分采用嵌6方預(yù)制塊和植草，根據(jù)平均高度及行車速度，6方塊的邊長應(yīng)在25-30cm內(nèi)選取，太小或太大都將影響視覺效果。