【浅析红砂岩路基在衡岳高速中的应用】 红砂岩被称为地球癌症
时间：2019-01-20 03:32:40 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:针对红砂岩作为湖南衡岳高速公路路基工程填料的专题研究,采取相应的工程技术措施手段对红砂岩的处理,提高红砂岩的弱质性能,使之满足高速公路路基工程施工要求。并简要阐述了红砂岩路基施工后的检测及质量控制要点。
关键词:高速公路;红砂岩路基填料;施工技术;质量检测;控制
中图分类号:U412.36+6文献标识码:B文章编号:1009-9166(2009)011(c)-0070-02
湖南省衡阳至南岳高速公路全长50.499Km,设计时速120Km/h,其中由我单位承建的第四合同段路线全长9.137Km,路基宽度26m,终点松木塘互通与衡大高速公路及衡阳市绕城公路相连。本项目共有路基土石方329.15万m3,其中有约2.5Km61.87万m3为红砂岩施工。南方地区尤以湖南中南部地区,普遍分布的泥岩,因富含铁的氧化物呈红色、深红色或褐色,故称之为红砂岩。查阅相关地质资料,红砂岩主要化学成分有9种,其中SiO2占主要部分,其次有Al2O3、CaO、Fe2O3等。红砂岩在遇水浸湿环境下,岩石易发生软化、碎裂乃至崩解,强度随之变低,工程性质变差,会导致路基受力性能下降,产生公路病害,因此,在公路工程施工中,红砂岩极少用于路基填筑施工中的填料。但本项目路基填料缺口较大,考虑红砂岩,尚需外借土石方43.29万m3,且若将此类红砂岩弃之不用,必然另从外借大量土石方,这样,一会造成弃方困难,易污染当地环境;二会造成大量外借土石方,增加挖运机械及其他费用,成本大幅提高;三会造成工期不能保证。综上因素,通过本项目工地实验室对红砂岩进行物理性质、颗粒分析、工程性质、崩解特性等试验及路基试验段的使用论证,红砂岩可通过工程技术措施而得到改善,满足路基填筑工程质量检验标准要求。
一、沿线红砂岩分类情况
根据行内相关专业资料及设计、业主单位分析情况,将红砂岩按其强度和崩解特性划分为3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24h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稍小于15MPa或稍大于15MPa,在105℃温度下烘干后浸水24h内,呈块状崩解。(3)三类红砂岩。岩块天然单轴抗压强度稍大于15MPa,在105℃温度下烘干后浸水24h内无崩解现象,与普通砂岩基本无区别。此类岩石在此地段区域很少见,只有在个别深挖地段才能遇到。
二、试验研究与结论
(1)物理性质:经我项目中心试验室取样、烘干、浸水试验,发现三类红砂岩其组成三相比例指标有一定的变化。(2)塑限和液限试验:将土样烘干湿水闷料发现,闷料的时间和颗粒粒径对测量值的影响不明显;一类岩液限为WL=23.3%,塑限wp=11%塑性指数IP=22.3。一类和二类红砂岩的塑限指标较接近。(3)胀缩性和吸水性:实验数据表明,一、二类红砂岩具有膨胀性和亲水特性。按《公路路基设计规范》(JTJ013-95)和《铁路工程岩土分类标准》评判指标,属于弱膨胀岩。(4)土质标准击实试验:采用重型标准击实,发现颗粒级配对最大干密度及最佳含水量影响较大。试验所得的最大干密度值为1.9039g/cm3,最佳含水量为13.1%。(5)回弹模量试验:一类红砂岩回弹模量设计值不小于30.0MPa,二类红砂岩设计值不小于40.0MPa。且发现在土样中掺加一定剂量石灰有助于提高其回弹模量值。(6)CBR试验发现:一类红砂岩水稳定性很差,浸水几天后,膨胀量将达到最大值;二类红砂岩水稳定性相对较好,但浸水时间超过28d后,膨胀量将明显增大。在土样掺配一定比例的粘土、砂后,可明显降低其浸水膨胀量。通过上述土质试验得出:一类红砂岩水稳定性差,强度受干湿循环的影响较大,但经压实后渗水性小,因此稳定性也相应提高;二类岩水稳定性相对较好,强度变化也小,路用性能较好;三类岩在材料检验合格后可作正常砂岩材料使用。因此,只要严格施工和质量控制,一、二类红砂岩均可作为高等级公路的路基填料。
三、红砂岩路基的施工技术
因对于用红砂岩作为高速公路路基填料,目前国内外尚无正式的施工规范和验收标准可循。因此,根据本项目对本段取土场红砂岩的试验情况,结合实际路基土石方工程情况,我部将K29+600~K29+850段典型路段作为路基试验段进行试点施工,得出试验段施工数据,便于指导我部、乃至全线的红砂岩路基施工。(1)本路段200m为填方,平均填高6.3m,基底为水田及菜地,填前进行清表工作,按设计要求清除30cm,并压实检测,不小于93%。(2)挖方地段为50m,为南方典型丘陵山脉,上生长灌木野草,清表剥除30cm后,外为一类强风化红砂岩,挖深2米后为二类红砂岩。(3)本段填挖不能平衡,填料缺口大,最近的取土在K29+650取土场,全为一、二类红砂岩。填料除挖方的土石方外,从K29+650取土场取土填筑。(4)严格按设计规范要求进行填筑,每层松铺厚度不得大于40cm,填料颗粒最大直径不大于2/3H,粒径过大,推土机效益很难发挥出来,成本将相应提高。可从爆破方法解决,爆破出来的红砂岩越细越好,因此,爆破宜采用少药分层松动爆破。根据比较,采用2mx2m方格网布爆孔,爆孔深度分别为1.5m和2m,采用1.5m孔深形式所获得的红砂岩填科,很明显粒径要小得多。并人工清除填料中的树根及杂草等。填方路段留有足够的超填宽度,以保证路基边缘的压实度。(5)压实机械配型的选择与压实遍数的严格控制是保证压实后路基压实度的关键,压实前对填料的含水量进行认真检测,碾压时含水量控制在10%~13%。由于填料事先进行过工前处理,因此,先采用前轮为滚动光轮,后轮为轮胎的12t压路机碾压2-3遍;如发现有粒经大于25cm的岩块,可用人工击碎或将其剔除掉;然后,用WA470装载机挂羊足碾至少碾压6遍,碾压搭接宽度不少于15cm,碾压速度不超过0.45m/s。压实后,经多点检测,压实度均在93%以上,符合质量检验标准要求。(6)因一类红砂岩水稳性较差,遇水膨胀,不可直接作为路基填料使用,我部采用掺配一定比例的石灰,可有效提高其回弹模量。石灰中的钙离子(Ca++)属高价阳离子,可通过离子置换作用,减少红砂岩中的粘土矿物颗粒表面结合水膜厚度,对一类岩的浸水崩解性和膨胀性具有一定的改良作用。此外,石灰还能起到固化的作用。(7)红砂岩段路基边坡设置应视其填土高度可采用折线形、台阶形等,坡比一般取1:1.5~1:1.75;对于一般路基两侧包边粘土宽度不少于1m,采用框架护坡或铺草皮防护。(8)路堑挖方要选择在天气情况良好时施工,并做好现场临时排水工作,尤其是开挖接近设计标高时,严禁场地积水,以免地表水下渗导致路堑红砂岩遇水膨胀崩解,基底承载力下降。(9)路堑开挖至设计标高后,预先准备足够的封面填筑材料(CBR值不小于8%密实性较好的填料封面)。选择晴朗天气进行上路床0-30cm范围内的突击施工,并采用流水作业,一气呵成。(10)构筑物的台背路基不宜采用红砂岩填筑。
四、红砂岩路基的压实质量检测及控制
(1)压实质量是保证红砂岩路基强度和水稳定性的关键,也是路基工程质量的关键,因此红砂岩路基施工中仍以压实度作为主要的质量控制指标。(2)红砂岩路基压实度的监测可采用灌沙法、水袋法、灌水法及核子密度仪法等。灌水法和水袋法使用不是很方便,本项目不予采用;核子密度仪法须与灌沙法对照使用,但使用方便快捷,我部拟采用灌沙法,大面积施工后,可考虑核子密度仪法进行检测。(3)红砂岩路基严格按路基填筑规范施工,每层碾压完成后,首先进行目测,要求经碾压后的涂层表面均匀光滑、平整、并达到规定的路拱横坡度要求。然后,进行自检及监理单位抽检进行检测,频率一般为每层400m2不少于一个监测点,特殊部位须加点检测。(4)经对本试验路段检测:按规定施工碾压并达到要求的压实度后,土层结构密实,最大颗粒小于20cm,防渗性能良好。一、二类红砂岩表面收缩干裂现象不明显,甚至不及网纹层黏土明显。(5)路基沉降观测:路基完成后,根据路基不同填筑高度,地基情况,断面地形情况,填料掺配情况,施工处置方法,分别按一类岩和二类岩选取观测断面,每断面设测点5个,进行观测记录,更要注意加强对雨后、雪后、冻融后、连续干旱后,气温剧变后的观测记录,以探寻干湿循环作用和水渗透对红砂岩沉降的影响。以验证路基工程质量是否满足交通运输的需要。
本试验路段路基经一段时间的观测,沉降量最大累计值为1.2cm,沉降很小,可以判定不会影响道路的平稳运行,达到路基工程质量检验标准及验收要求。
结语:经本段试验路基的成果分析,红砂岩作为路基填料施工,只要严格按照路基土石方施工规范进行施工,密切注意其水稳定性、遇水膨胀等特点,并对相应的岩类进行必要的工前处理及处理措施,红砂岩是可以作为高等级公路路基工程填料的。在同区域的湘耒、耒宜、衡枣高速公路及省道1814线路基工程中,均可得出良好的效果。红砂岩施工中压实度控制及水稳定性控制措施最为关键,目前,红砂岩作为高等级公路路基工程填料,尚处于初级阶段,仍无正式的施工规范及验收标准,一般施工仍须按照土石方施工规范进行及按质量检验标准进行检测验收,通过本项目的试验施工总结,掌握红砂岩其特性,使其得到更广泛的使用,技术更成熟及完善。
作者单位:中铁二十局集团第六工程有限公司
参考文献:
[1]公路工程路基施工技术规范
[2]湖南省衡阳至南岳高速公路施工图第四卷B册--湖南省交通规划勘测设计院
[3]红砂岩材料特性及其路基施工技术浅析--《广东公路交通》2001年S1期
