浅谈红砂岩路基施工技术与质量控制浅谈红砂岩路基施工技术与质量控制撰写人: 黄会彬 马 凯 冯 佳一、概述黄祁高速公路全长 105 公里，全线 15 个标段约一半以上的地带存在红砂岩施工。由于红砂岩固有的不利路用特性，若将施工中沿线开挖的红砂岩弃置不用，而远运其他材料填筑路基，则造价昂贵，弃土和借土场难寻，并可能造成环境污染。如何解决红砂岩施工成为困扰各方面的重要问题。高速公路总公司黄祁高速项目办为此聘请专家专门成立了课题组。借此，我们开源路桥-黄祁 06 标项目部在黄祁高速红砂岩课题研究的基础上，吸纳改进 ，进行的红砂岩路基施工， 总结这次施工经验。二、红砂岩的基本特性 南部省区（湖南、云南、四川、广西等）广泛存在的泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、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。1、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：（1）一类红砂岩，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；（2）二类红砂岩，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，呈块状崩解；（3）三类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度大于 15Mpa，不崩解，特性与普通砂岩无区别。2、红砂岩的天然结构特征及其矿物成分和化学成分根据对衡枣路岩石样品的鉴定结果，红砂岩的天然结构主要有粒状碎屑结构和泥状结构两种，按岩石学划分，可将红砂岩分为两大类：一类为碎屑岩类，包括泥质砂岩、泥质粉砂岩、泥质细砂岩、粉砂岩、砂岩和砾岩等；另一类为粘土岩类，包括泥岩、页岩、砂质泥岩及砂质页岩等。红砂岩中，含铁氧化物大多以浸染物形式出现，碎屑颗粒间主要有孔隙式胶结、基底式胶结以及铁质碳酸盐胶结等形式。由于铁质在多数岩石中不是以胶结物的形式存在，故主要影响岩石的外观状态，对岩石的工程性质没有明显的影响。路面施工技术规范JTJ03294粒状碎屑岩类中粘土矿物的含量一般约 5%10%，这种红砂岩虽然因胶结形式和粘土矿物含量的差异，其工程性质有一定的变化，但多数与普通风化岩类相差不大，其工程性质与风化程度有关。泥状结构粘土岩类中，粘土矿物的含量一般约 15%50%，其中伊利石含量为 5%30%，蒙脱石含量为 3%10%，。这种类型岩石的水稳定性差，极易崩解软化，其工程性质主要由粘土矿物的含量，尤其是亲水性强的蒙脱石和伊利石的含量决定。当粘土矿物中蒙脱石和伊利石的含量较高时，该类岩土的工程性质极差，非常容易产生路基病害。红砂岩的主要化学成分为 9 种，其中 SiO2 的含量占主要部分，其次有 Al2O3、CaO、Fe2O3 等，其余 5 种化学成分均不超过 4%，两种典型红砂岩的主要化学成分比例如下表： 两种典型红砂岩的主要化学成分比例（%）结构特征 SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3粒状碎屑结构 46.5375.12 11.4316.44 0.1116.7 2.866.88泥状结构 23.2464.28 8.020.78 0.0931.89 2.210.65 3、红砂岩的崩解特性及颗粒级配泥状结构的粘土岩类红砂岩一般易崩解软化，随干湿循环软化时间增加，颗粒不断碎化，最后呈渣状或泥状，其颗粒级配也在变化。试验表明，随着暴露时间和干湿循环次数增加，岩块不断崩解碎化，经过 5060 天（干湿循环为 8 次）变化即可达到稳定状态，红砂岩经过一定时间后不再崩解变化。粒状碎屑结构的红砂岩一般呈块状崩解，崩解后的块状颗粒基本稳定或碎化速度非常缓慢，粒径小于 0.5mm 的颗粒极少。4、红砂岩的物理性质和状态指标（1）各类红砂岩物理性质指标的试验（平均）数据岩类 一类岩 二类岩 三类岩天然密度（g/cm3） 2.46 2.38 2.5天然含水量（%） 7.87 5.1 0.8土粒密度（g/cm3） 2.75 2.72 2.76天然干密度（g/cm3） 2.28 2.26 2.48孔隙比 0.204 0.200 0.113最大干密度（g/cm3） 2.002.09 2.062.15 最佳含水量（%） 8.3511.6 8.699.60 孔隙率 0.169 0.166 0.101饱和度（%） 98.45 72.85 19.6 （2）各类红砂岩塑限和液限含水量的试验平均值测试项目 塑限含水量（%） 液限含水量（%） 塑性指数一类岩 21.0 33.0 12.0二类岩 19.0 30.55 11.55（3）各类红砂岩涨缩性和吸水性指标的试验平均值 测试项目 自由膨胀率（%） 击实样体缩率（%） 干燥饱和吸水率（%）一类岩 41.3 7.45 20.23二类岩 17.75 4.84 13.12三类岩 2.85根据试验结果，按照公路路基设计规范（JTJ01395）评判指标，一类岩属于弱膨胀岩。5、红砂岩的力学性质 （1）各类红砂岩击实试件的抗剪强度指标和渗透性指标 测试项目 内摩擦角(度) 凝聚力(KPa) 渗透系数(cm/s) 天然岩块抗压强度(MPa) 一类岩 2712 105.4 4.1710-7 4.43 二类岩 2650 75.37 4.1710-7 6.9 三类岩 2316 92.8 4.1710-7 通过现场试验表明，红砂岩压实后透水性很差，对于压实度达到重型击实标准 90%以上的红砂岩，表面积水一般难以下渗，仅对表层土体的含水量产生影响，二类红砂岩压实体的防渗性能不低于粘土。对于水稳定性差的一类红砂岩，在路基表面及两侧采取一定的隔水措施很有必要，可以防止表层一定厚度的红砂岩浸水后软化，强度降低，以及产生膨胀变形。 （2）对红砂岩进行了室内 CBR 试验，其中一、二红砂岩各类岩取16 组数据的平均值。按标准重型击实（98 击）、50 击和 30 击分别浸水试验，可以看出 98 击一类岩和 30 击二类岩随浸水时间的增加，CBR 有所降低；而 50 击和 98 击二类岩的 CBR 随浸水时间的增加无明显的变化。根据测试结果可知，呈块状崩解的二类岩水稳定性较好，而一类岩的水稳定性很差，若受水的长期浸泡，其强度变得很低。 各类红砂岩试件室内 CBR 值随浸水时间变化的试验结果 试件浸水时间（天） 1 2 3 4 7 28 一类岩（98 击） 9.0 9.85 8.2 7.74 8.8 6.95 染物形式出现，碎屑颗粒间主要有孔隙式胶结、基底式胶结二类岩（98 击） 56.4 53.4 60.3 53.8 50.0 72.0 二类岩（30 击） 21.8 17.3 16.9 19.1 13.3 14.5 二类岩（50 击） 34.4 28.3 29.5 30.5 26.8 32.3 三、红砂岩路基材料的选用及工前处理 1、红砂岩的基本性质 红砂岩基本性质的试验结果表明，具有块状崩解的二类红砂岩水稳定性好，其强度随时间变化小，路用性能较好；一类红砂岩的水稳定性差，强度受干湿循环的作用变化较大，但压实后透水性很小，因此稳定性大为提高，仍可用做路基填料。 2、根据现场施工控制过程，一类和二类红砂岩爆破开挖后，可以直接运至工地进行耙压和碾压施工，但施工费时，运输困难，对施工机械要求高，适用于场地狭小地段。若工期和施工条件允许，最好将刚爆破出来的红砂岩，在料场就地进行工前崩解处理。 四、红砂岩路基填筑施工 1、机械设备配备 序号 机械设备名称 规格型号 1 平地机 PYl80 2 振动压路机 YZl8B 3 羊角碾 YZTK18 4 洒水车 8t 5 推土机 D85 6 挖掘机 1m3 2、红砂岩路基填筑施工工艺 （1）填前碾压 路堤填筑前，要进行填前碾压，即改造地形、清除表土及地面附着物，并将原地面碾压至要求的密实度。 （2）布料 根据填筑厚度及作业面积，计算上料数量，用自卸车将填筑料按方格网均匀堆放在路基上，控制每车料的数量尽可能相等。施工中避免将不同类型的红砂岩同层填筑，对于填料中少量的大块硬质岩，应剔除或破碎，以确保路基压实的均匀性。 （3）耙压、整平 经过预崩解处理的红砂岩填料运到填方段后，卸料后采用 220马力以上的三齿推土机、勾松，“耙压”遍数应不少于三遍，未经料场崩解处理的红砂岩至填方路段后，相应的“耙压”遍数应增加一倍。（4）碾压 推土机耙压后，90 区采用 50t 以上羊角碾振压 35 遍，行驶速度控制在 23kmh；93 区采用 50t 以上羊碾振压 35 遍，行驶速度控制在 23kmh，基本可以保证岩石粒径控制在 25cm 以内。施工中严格控制最大粒径和每层松铺厚度，经耙压后的填料最大粒径不得大于 25 厘米，每层松铺厚度不大于 40 厘米。平地机的整平方法是由两侧开始向路中推进，如此往返三次，一般就可达到规定的粒径要求。 平地机精平后，用 YZl8B 以上振动压路机强振碾压 3 遍，行驶速度控制在 34kmh；最后用 YZl8B 振动压路机碾压 4 遍，行驶速度控制在 34kmh。压实时的操作要求，从两侧路基边沿向路中推进；压路机碾压轮重叠不小于 4050cm。 整平后的路堤适当洒水使石块之间有一层润滑，易于碾压时石块移动、嵌琐，振动碾压以拖式 50 吨或击振力 50t 以上自行式重型压路机为佳，尤其在大面积填方作业中，其优点更为突出。 压路机的碾压速度对路堤的压实有显著的影响，当铺层厚度不变时，传递至填方的能量与下列因素成比例；碾压遍数/压路机速度，压路机的速度有一个最佳值，一般在 36km/h 之间，但在下列情况下建议采用偏低值 34km/h。（1）需要高密度（2）难于压实的材料（3）铺层较厚。 （5）含水量控制 在碾压前要检测含水量，红砂岩填料在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，将己完工的路基用羊角碾重新振压一遍，形成凹凸面，以保证上下层面间的联结。 （6）压实质量控制 红砂岩路基压实度试验检测比较困难，考虑到施工中的技术要求及实际情况，我们采用了压实度试验与外观检查对比的方法，同时采用压实沉降差作为参考值： 灌砂法检测压实度时如遇到大石块，则此试验点位弃置不用，重新选点试验。 外观检查：要求表面平整密实，无空隙、松石、坑洼及大的石块存在，50t 以上压路机振压后无明显轮迹。 压实沉降差法：在路基上用随机取样的方法布设观测点，测其高程，然后再用拖式 50t 压路机加振一遍观测其高程计算出沉降量。 （7）红砂岩路堑上路床 0-30 厘米范围内换填适宜填料时不能用红砂岩，其路床底部 30-80 厘米必须为新鲜岩面，且 0-30 厘米范围内使用 CBR 值不小于 8密实性好的路基填料封面，以避免大气雨水对红砂岩的侵蚀，降低基底的承载力。 五、红砂岩爆破施工 1、爆破方式选取的原则 在红砂岩路基石方爆破施工中，要根据地形和地质上的客观条件，充分利用各种爆破方法的特性，因地制宜的选用爆破方法，有计划的进行土石方爆破。各种爆破选取的原则如下：首先根据石方集中的程度来考虑爆破方法，其次根据地形的变化，路基设计横断面的形状以及地质条件所能允许的爆破规模，进行全面规划，从石方集中的地方开始选炮位做爆破准备。 充分利用岩石的崩塌作用，从路基面开挖创造阶梯。 综合利用小炮群，分段分批爆破。 由于红砂岩为软岩石路基材料，考虑到工程地质和水文地质情况，在开挖中，以小型松动爆破为主。对石质挖方边坡采用小炮爆破，对风化严重节理发育