張澤豐，劉曙光，劉詠華，王 帆

湖南省通泰工程有限公司，湖南 長沙 410018

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們對周圍環(huán)境的要求越來越高，保護生態(tài)環(huán)境成為我國的一項重要國策。對于路基填土，由于其受周圍環(huán)境土壤質(zhì)量的影響，有必要從其他取料區(qū)域取用優(yōu)質(zhì)填土，而這將產(chǎn)生大量的廢棄土方，并占用大量耕地資源[1]。地方經(jīng)濟的發(fā)展與公路及其他交通基礎設施的建設密不可分，如何同時解決環(huán)保問題和變廢為寶，從而保證路基填筑的安全穩(wěn)定是一個重要的課題。

紅砂巖作為一種特殊的工程填土，會因環(huán)境因素的不同而表現(xiàn)出不同的工程性質(zhì)，總的來說，一般表現(xiàn)為遇水易崩解軟化、剛度較低、風化程度高[2]。同時，由于成巖過程受到一定的化學和物理作用，導致其組成元素中高價鐵離子的成分含量較高，其性狀表現(xiàn)為紅褐色或暗紅色的沉積類巖土[3]。在相關規(guī)范中，未經(jīng)處治的紅砂巖被視為不良填料，但在湖南、四川等地，這一類土分布廣泛，在修筑高速公路時經(jīng)常需穿越紅砂巖地區(qū)。若采用借土換填的方式，顯然會帶來不同程度的環(huán)保問題，因而比較合理的方式是通過改良處治和質(zhì)量控制等實現(xiàn)對紅砂巖的科學利用、綜合治理[4]。但是，在已有文獻中提到，不同地區(qū)的紅砂巖填料，其工程性質(zhì)和崩解特性也各不相同，這導致在施工處治過程中需要做到因地制宜、一土一法，以避免在干濕循環(huán)下路基結構出現(xiàn)強度衰減情況，進而導致不均勻沉降和路面開裂等問題的出現(xiàn)。

文章結合湖南某高速公路的工程實例，通過室內(nèi)試驗對所取用紅砂巖的化學成分、工程特性和崩解特性進行分析討論，并結合已有的工程經(jīng)驗，提出對應的紅砂巖路基處治與施工控制方法，從而節(jié)約建設成本、保護耕地，為后續(xù)類似的工程應用提供技術參考。

1 紅砂巖的基本物理性質(zhì)

1.1 化學成分分析

從取料場獲得紅砂巖樣品，并采用室內(nèi)的XRD衍射測試對土樣的礦物組成進行定量分析，得到相應測試的結果為石英占31.67%、高嶺土占8.29%，蒙脫石、伊利石和硬石膏等親水礦物含量則分別占17.34%、26.64%和16.06%。由上述礦物所對應的化學成分可知，所測試的紅砂巖富含鐵元素（以Fe2O3為主），這是由紅砂巖的沉積歷史決定的，同時由于具有較多的蒙脫石、伊利石，這使得土樣的親水性較強，遇水易發(fā)生崩解。

1.2 顆粒篩分和擊實試驗

土顆粒的粒徑分布也是影響紅砂巖工程性質(zhì)的重要因素，按照規(guī)范方法對現(xiàn)場取用的紅砂巖填料進行顆粒篩分試驗，由顆粒分布可知，在填料中孔徑0.075～2mm范圍內(nèi)的顆粒含量占主要部分，計算所得曲線不均勻系數(shù)小于5.0，對應曲率系數(shù)小于1.0，因而鑒定該土樣是不良級配。

為了進一步確定紅砂巖填土的分類，通過重型擊實測定土樣的最佳含水率為12.73%，通過聯(lián)合測定儀，土樣塑限為19.61%，塑限指數(shù)為17.29。此外，土樣的最大干密度確定為19.21g/cm3，根據(jù)規(guī)范定名土樣為粉土質(zhì)砂。

1.3 CBR試驗結果

對于路基填筑而言，土樣自身的強度也是非常重要的指標，其中，CBR和壓實度是常用的施工控制指標，為此，文章對紅砂巖進行CBR試驗，以獲得不同壓實度（93%和95%）下土樣材料的CBR值，分別為7.5%和8.3%?？梢?，所采用的紅砂巖填料的CBR強度基本滿足高速公路關于路床填筑的使用需求，但是若無法控制合適的含水率，則仍然容易受濕度影響而發(fā)生崩解和膨脹，因此，必須在施工中采取相應措施。

2 紅砂巖的崩解特性與作用機理

為了確定紅砂巖遇水軟化的崩解特性，將紅砂巖試樣置于網(wǎng)板上，并放入透明玻璃桶中，注入清水，采用電子秤連接網(wǎng)板從而實現(xiàn)對崩解過程中的土樣進行稱重，并換算崩解后的殘余土樣質(zhì)量占比情況。

不同壓實度情況下，室內(nèi)結果得到的崩解曲線如圖1所示。從圖1中變化趨勢可知，在浸入水的初始階段，水分通過孔隙進入紅砂巖中，并將其內(nèi)部的空氣排出，此時試件的總體含水率呈上升的趨勢；同時，試件遇水崩解的速率較為緩慢，遠低于試件的飽和速率，因而曲線上各測試點均大于100%初始質(zhì)量；直到浸水時長4h左右達到最大值，無論是93%還是95%的壓實度，試件含水率都接近飽和，質(zhì)量百分比曲線開始下降，崩解速率逐漸占據(jù)主導地位，隨著時間的延長（約30h），土樣整體發(fā)生潰散崩解。

圖1 紅砂巖遇水崩解情況

根據(jù)已有的研究成果可知，對于紅砂巖而言，其主要礦物成分（如石英、伊利石等）均為親水材料，在浸水飽和的情況下，這些礦物與水結合發(fā)生物理變化而逐步溶于水中，這導致土樣的整體黏聚力減小、強度降低，從而最終發(fā)生崩解現(xiàn)象。對崩解后的殘余土樣進行XRD衍射試驗，發(fā)現(xiàn)崩解后的礦物成分組成沒有發(fā)生變化，僅含量發(fā)生了改變，即部分溶水礦物流失，這也說明了文章對崩解機理的解釋是合理的。因此，通過室內(nèi)試驗可知，若要維持紅砂巖填料的穩(wěn)定性，在施工過程中就必須從兩方面入手進行防治，一是減少或避免水分的浸入，以保證填料具有足夠的強度；二是通過物理或化學方法改變紅砂巖的礦物組成。

3 紅砂巖路基施工及質(zhì)量控制

首先，按照規(guī)范方法進行崩解試驗，以確定浸水后的紅砂巖性狀和抗壓強度，對于現(xiàn)場取樣的填料進行測試，在24h后其強度已小于15MPa，土樣的性狀肉眼觀察為碎屑結構，因而被認定為Ⅱ類紅砂巖。盡管在前文中測定的CBR值基本滿足要求，但是在實際施工時仍然需要對紅砂巖進行預處理，以降低或消除土樣的水活性。

為了得到合格的紅砂巖填料，在路基施工中，一般采用預崩解的方法進行處治，即在填筑前先一步通過人工灑水的方法加快填土的崩解，使其易溶于水的部分隨水流失，以規(guī)避后續(xù)填筑或者運營期中的崩解病害。同時，將水分浸入紅砂巖中也有利于巖體的破碎，其強度降低和軟化后，更加有利于挖取和碾壓施工。但是需要注意的是，經(jīng)過預崩解的土樣需要及時將水排出，可采用耙壓的方式將土樣變得疏松，從而有利于水分的散發(fā)，并能夠排除土樣中存在的大顆粒，使級配更加合理。經(jīng)過現(xiàn)場施工和測試經(jīng)驗，在該工程中推薦采用3～4遍的耙壓，以調(diào)整土樣的級配，從而提高壓實后的填料強度。

由于所選土樣為Ⅱ類紅砂巖，根據(jù)室內(nèi)試驗確定采用4%的水泥摻比進行路基施工。為了保障施工的質(zhì)量，在現(xiàn)場填筑采用灌砂法對改良填料的壓實度進行檢測，觀察碾壓后路基的外觀，保證其碾壓表層光滑、平整，其顏色性狀類似于壓實后的低液限黏土，并確定機具壓實前后的沉降查是否滿足要求；同時，每層壓實后，沿著水平面約400～800m2設置一個檢測點，在工況條件復雜、填料高度較高的區(qū)域，還應適當加密測試點的數(shù)量。

4 現(xiàn)場施工效果評價

在路基填筑完成后，對現(xiàn)場路基層頂面的回彈模量進行測試，采用PFWD便攜式落錘彎沉儀得到模量結果，試驗段共40個測試點，得到的路基回彈模量均大于60MPa。待土路基測試合格后，及時對路基進行了封閉處理，以保證改良紅砂巖路基不受外界雨水的影響，并在每個斷面設置5個沉降觀測點。在路基完工后，對彎沉情況進行持續(xù)觀測，經(jīng)過1年半的自然固結，路基的最大累積彎沉約為1.63cm，并已經(jīng)基本穩(wěn)定。

5 結束語

文章總結了紅砂巖的室內(nèi)試驗結果和崩解特性演化規(guī)律，并基于現(xiàn)場施工經(jīng)驗對紅砂巖路基的施工方法和質(zhì)量控制進行了探討，結果表明，紅砂巖處治的各項指標滿足工程設計需求，并在實際工程應用中表現(xiàn)效果良好。