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摘要：以仁新高速公路红砂岩路段路基填筑施工为例，根据红砂岩的工程特性提出了施工过程控制和工后沉降观测，较好地保障了红砂岩路段路基填筑质量，并取得了较好的效果，为类似道路工程积累了经验。
关键词：红砂岩路基；红砂岩特性；红砂岩路基施工
1.引言
高速公路的线型选择标准高，填挖方量大，布线设计无法避让较为宽度的红砂岩地带，大量红砂岩路堑挖方的去向问题摆在了高速公路建设者面前，如果作为弃方不用，每条高速公路都将产生近千万的弃方，增加几亿元的投资，弃方还将占用大量土地，带来水土保持等问题；若全部借土填筑处理，将会大幅度提高工程造价，延长工期，甚至造成环境失调，如何根据红砂岩的物理力学性能，有效、经济地修筑路基，是公路建设的一个课题。
2.工程概况
广东省仁新高公路TJ5合同段位于韶关市仁化县和始兴县境内，线路全长14.21公里，挖方总量396万方，其中6.5公里路基位于丹霞地貌走向范围。段内地形复杂，多为高填深挖，呈冲沟状分布，设计挖方总量292万方，均为以挖作填，挖填平衡。石方主要分为红砂岩和沉积砂砾岩，由于沉积环境的差异和后期地质作用的改造，岩石颜色有棕黄、褐黄、紫红、褐红、灰紫等偏红色调。
3.红砂岩主要特性及分类
3.1红砂岩概述
南部省区（如湖南、广东、江西、四川、皖南山区等）广泛存在泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩及页岩等沉积岩类的岩石，因含有丰富的氧化物呈红色、深红色或褐色，这类岩石统称为红砂岩。红砂岩主要呈粒状碎屑结构和泥状胶结结构两种典型结构形式，因胶结物质和风化程度的差异，其强度的变化大。多数红砂岩在挖掘或爆破出来后，受大气环境的作用可崩解破碎，甚至泥化，故其岩块的大小及颗粒级配将随干湿循环的时间过程而变化，其物理力学性质也将产生变化。
由于红砂岩其材料本身的特殊性，以往只是在低等级公路中作为路基填料，且出现了大量的质量问题。鉴于我合同段内红砂岩路基挖方工程量大，且全部为利用方，为杜绝红砂岩施工质量通病，我项目部对段内红砂岩进行了多次填筑试验，取得了指导红砂岩路基全面施工有效的试验数据和施工工艺，确保了路基施工质量。
3.2红砂岩分类
红砂岩按强度和崩解特性划分为如下三种类型
①Ⅰ类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度小于15Mpa，在105℃温度下烘干后浸水24小时内，呈现渣状、泥状或粒状崩解；
②Ⅱ类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度小于15Mpa或稍大于15Mpa，在105℃温度下烘干后浸水24小时内，浸水崩解不强烈或略呈块状崩解；
③Ⅲ类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度大于15Mpa，浸水完全不崩解，且强度高，水稳定性好，特性与普通砂岩无区别，民间多年来用它作为建筑石材使用。一般工程中主要存在的是一类岩和二类岩，三类岩存在很少，这给施工带来很大困难。
3.3红砂岩特性
①风化快。红砂岩风化包括物理化学风化和卸荷风化，其裸露在大气中，经雨水风化作用后，能在极短的时间(几天至十几天)就变得疏松以至松散，抗压强度大幅度下降，甚至风化成液限较高的粘土，失去应有的岩性。所以，施工时在开挖后应迅速作为路基填料将其填筑压实，尽量减少裸露在空气和雨水中的时间。
②强度低，遇水崩解严重。红砂岩微风化岩饱和单轴抗压强度可达25MPa，中风化为5.5〜13MPa，强风化岩石呈土状，一般较难成型。由于其遇水易崩解，不能作为浸水路堤的填料。
③红砂岩粘聚力和内摩擦角较低。C一般介于0．04—0．07MPa之间(p一般介于l2o—l7。之间。作为路基填料较难于压实。
④红砂岩由于顺层节理发育，整体性较差，在外力作用下容易破坏。
4.处理红砂岩的基本原则
4.1消除红砂岩的活性
红砂岩在爆破开挖出来后，受阳光、大气特别是雨水的作用而迅速风化崩解，由大块状风化崩解成碎块状，当有雨水或浸水时，在机械作用（汽车、挖掘机）和人力作用下而成为渣泥状，但破碎后重新组合的红砂岩，粘结性能小，不能由渣泥状逆转成碎块状和大块状，这种性质即为红砂岩的不可逆转性。红砂岩浸水崩解性的强弱和红砂岩膨胀势的大小，称为红砂岩的活性。浸水崩解愈强膨胀势愈大的红砂岩，其活性愈大。用来修筑路堤时，活性愈大的红砂岩形成路基病害的可能性愈大。
4.2.红沙岩的崩解处理
经崩解处理后的红砂岩不仅活性减少，而且岩石软化，强度降低，便于碾压。因此用崩解处理后的红砂岩修筑路堤不仅可以提高工效，保证工程质量，而且可以减少甚至消除病害的发生。
崩解处理方法如下：将爆破出来的红砂岩填料不加遮盖地裸露于大气、阳光和雨水中，在这些自然因素的作用下，红砂岩迅速风化崩解，强度急剧降低，活性迅速消除。在崩解处理期间，晴天视气温情况宜每天在料场浇水一次，或隔天浇水一次，如果晴朗无雨天气连续超过两三天时，即应在料场浇水以加速红砂岩的崩解和消除活性的过程。用此方法作崩解处理时，八天至十五天后，经崩解处理的红砂岩填料可运往路堤填筑。
5.红砂岩路基施工
5.1施工设备配备
在满足普通路基填筑对机械的要求之外，要求施工班组增加大吨位的推土机（D11裂土推土机）、羊足碾、液压强夯（冲击势能不小于40KJ）和大型振动压路机。其中采用专用的压实机械进行压实是施工的关键工序之一，压实效果的好坏直接关系到工程质量的优劣，具体机械配置情况如下表：
5.2路基填筑前整理
路堤填筑前要进行填前清表碾压，拆除一切有碍施工的障碍物，做好清理地表杂物、腐植土，砍伐树木，局部回填压实，场地临时排水等工作，并将原地面碾压至要求的密实度。
5.3路基布料
我项目部承担的仁新高速TJ5合同段均为第Ⅰ、Ⅱ类红砂岩，这给路基施工带来了一定的难度；因第Ⅰ类和第Ⅱ类红砂岩爆破开挖后，最好在料场进行崩解处理，判断红砂岩是否已崩解的方法：大块红砂岩经崩解处理若干天后，表面已出现大量裂缝并有部分碎块岩石剥落，已脚掌推动时，大岩块裂成碎块岩堆，即认为红砂岩的崩解处理已完成。
鉴于目前高速公路普遍工期紧任务重，项目部也租用了一批破碎锤直接对大块红砂岩解小，但也对后续的整平压实工作增加了困难。
红砂岩填筑路基并不是纯粹意义上的石方填筑，而实际上是土石混填，因此在实际施工中我们采用土石混填的施工规范来进行施工；根据自有的机械设备，松铺厚度按35cm控制，自卸汽车每车装料22m³，在填土范围内按8m×8m方格撒灰线。填筑时现场应安排好运输路线，填料运至填方位置后，专人指挥卸车，每方格网内卸一车，用推土机推平，严格控制松铺厚度。
5.4耙压、整平
为了提高耙压效率，项目部租赁了一台D11裂土推土机（性能参数见图1），借助履带以及推土机自重（113吨）将粗颗粒压碎，再以推土机后挂的松土齿耙松，并耙出较大的红砂岩石块，再推、压较大的颗粒，如此反复多次，直至大颗粒基本压碎为止，一般耙压次数不少于3次。由破碎锤破碎后未经崩解的红砂岩填料，运至填方段落后耙压遍数应提高一倍，严格控制经耙压后的填料粒径，确保最大粒径不大于填筑层后的2/3。
耙压结束后，用推土机进行粗平，平地机精平并配合人工修补。
5.5碾压
为了形成密实不透水的红砂岩压实体，必须采用高性能压路机补强压实，保证从地面8m 以上至路床之间土层压实度不低于95%的基础上，从地面8m 以上至路床之间每填高4m采用液压强夯进行补强；本项目液压强夯采用山东天科技有限公司TRA40型，夯实遍数控制在12下能保证压实度不小于95%，且最后3 锤与其前3 锤的相对夯沉量差值不大于10mm 允许沉降差进行质量控制要求。（如图2所示）
5.6含水量控制
红砂岩填料碾压前含水量应控制在最佳含水量±1％范围。对完成路段采用灌砂法进行压实度检测，含水量用洒精燃烧法或烘干法测试。施工中路拱横坡采用4％。遇雨或雨后，施工表面不干时，不得开放交通，雨后进行施工，下层填方须重新压实，符合要求，方可施工。在下一层填筑前，将己完工的路基用液压强夯重新振压一遍，形成凹凸面，以保证上下层面间的联结。
5.7压实质量控制
仁新高速红砂岩的土石混填路堤的压实度检测开始时采用灌砂法和水袋法进行，但挖孔时要避免红砂岩的块石部位。大规模施工时由于灌砂法检测存在检测数据偏差较大以及水袋法试验时间长影响进度等问题；经过管理处和总监办商议后决定以沉降差来控制红砂岩路基压实标准，即在路基上每20m一个断面，每断面布设3处观测点，测其高程，然后再用震动式压路机加振一遍观测其高程计算出沉降量，并以最终沉降差小于2mm作为终止压实条件。
6.沉降观测分析
为了及时观测红砂岩路堤填筑过程及以后的地基变形动态，对红砂岩路堤应进行路基稳定和沉降动态监测，于2016年6月至12月对K253+000-K253+200段红砂岩路堤特别的高路堤进行了为期6个月的沉降观测和边坡变形观测；一般红砂岩路堤及陡坡路堤沉降观测桩和位移边桩断面设置间距20m，位移边桩的设置断面要与沉降观测桩断面在同一横轴线上，边桩的埋置深度以地表下不小于1.2米为宜，桩顶露出地面的高度不应大于10厘米，高红砂岩路堤工后沉降应控制在4cm以内；根据观测数据表明2016年12月路堤变形已趋于稳定，K253+150左侧路堤边坡测点累计相对沉降-时间曲线如图3所示：
7.结语
Ⅰ类红砂岩呈泥状或渣状崩解，水稳定性和强度稳定性较差，接近或属于弱膨胀岩；Ⅱ类红砂岩呈块状崩解，水稳定性和强度稳定性较好，无明显膨胀；Ⅰ类和Ⅱ类红砂岩可以作为高速公路路基93、94区填料，但不宜直接用于96区路床填料。
对于刚爆破出来的红砂岩可直接运到填方路段填筑路基，也可先进行预崩解破碎处理，然后运往路基填筑现场。对运至现场施工的红砂岩，要求配备D11裂土推土机、TRA40型液压强夯、大吨位振动压路机进行压碎处理，用平地机整形，路基横坡保持在4%，以利于排水。
红砂岩路基填料的颗粒不均匀性，压实度可应用灌砂法作为参考，用压实沉降差和外观检查为主要检查内容。
参考文献：
[1]蓝田．红砂岩地带路基修筑技术[J]．工程科技，2007(2)：145—146．
[2]邓觐宇．高速公路红砂岩的路用性能及施工工艺研究[J]．岩土工程技术，2003(5)：196—197．
[3]谢连生，付玉军．红砂岩路堤修筑技术研究[J]．湖南交通科技术，2006(3)．
[4]周伟．红砂岩路堤填筑施工质量控制i-J-]．中南公路工程，2004(2)．
[5]徐彩风，李传宝，钟凯. 红层填料渗透系数测定的方法研究[J]. 路基工程,2015（2）.
论文作者:周书云
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/24
标签：砂岩论文; 路基论文; 路堤论文; 填料论文; 压实论文; 推土机论文; 挖方论文; 《基层建设》2017年第9期论文;