红砂岩地带路基施工技术

一、前言

　　我国南部省区广泛分布红砂岩这种岩体。湖南省(湘)潭衡(阳西)高速公路第十二合同段位于衡阳市境内,标段全长10.396km,路基土石方400多万方,挖填数量较大,是本标段控制工期。合同段红砂岩分布较普遍,这类岩石具有遇水崩解和膨胀,高吸水性、透水性与难蒸发性、低粘结性、易风化性和不均匀沉降等不良特性。去年在常德至吉首高速公路C10标路基施工中初识红砂岩,发现其爆破施工较难、填筑较难、质量难以控制。今年潭衡高速公路第十二合同段又遇红砂岩,且地段较长数量较大,不得不重新把红砂岩的施工摆在更高的位置来加以认识,研究如何充分利用红砂岩修筑路堤、避免换土,如何解决红砂岩施工难题,从而切实解决相关难题,指导和配合工程的施工。

　　二、对红砂岩的有关认识

　　概念:南方广泛分布的泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩及页岩等沉积岩类岩石,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、阳光、特别是雨水的作用下可崩解破碎甚至泥化,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。

　　分类:红砂岩按强度和崩解特性划分为如下三种类型:

　　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;

　　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,浸水崩解不强烈或略呈块状崩解;

　　三类红砂岩,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。

　　处理红砂岩的两个基本原则

　　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。

　　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(特别是未风化的一类岩)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(气温高),或隔天浇水一次(气温低),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(气温高取小值,气温低取大值),经崩解处理的红砂岩填料可运往路堤填筑。

　　三、红砂岩路基填筑施工

　　常用机械设备配备。平地机PYl80,振动压路机YZl8B,羊角碾 YZTK18,洒水车8t,推土机 D85,挖掘机1m3。

　　路基填筑施工工艺。红砂岩的填筑工艺以“预崩解-耙压-压实”程序为核心。

　　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。

　　耙压、整平: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。

　　碾压:推土机耙压后,90区采用50t以上羊角碾振压3～5遍,93区采用50t以上羊角碾振压3～5遍,行驶速度均控制在2～3km/h,基本可以保证岩石粒径控制在25cm以内。施工中要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。

　　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。

　　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,可采用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:①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。②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。③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。

　　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。

　　红砂岩的爆破施工

　　爆破方式选取的原则:①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。②充分利用岩石的崩塌作用,从路基面开挖创造阶梯。③综合利用小炮群,分段分批爆破。④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的岩层宜采用小炮微差爆破。

　　爆破技术方案。爆破方法可采用松动爆破、微差爆破和光面爆破和预裂爆破等几种类型。炮眼按其深度,采用手持风钻或潜孔钻钻孔,炮眼布置在整体爆破时采用“梅花型”或“方格型”。石方爆破的关键是保证出渣的片石小于25×25cm,用作填料的一、二类红砂岩爆破宜采用小型及松动爆破,炮眼孔距与深度可通过爆破试验确定,一般孔距与孔深不宜大于2米,不作填料的不受限制。起爆破器材采用毫秒微差电雷管导爆索起爆系统,炸药用量0.40～0.50

沥青麻绳是有麻绳和公司的技术人员研发的一款具有防腐性沥青为主要材料的添加剂通过浸泡的一款产品。麻绳是取各种麻类植物的纤维。麻绳是麻在大水池里泡一段时间，后扒掉皮，晒干，然后用搓绳机加工。麻绳具有抗拉力和抗阻力较强，而且耐腐蚀、耐摩擦、有弹性，当突然受到冲击时不易断裂，在起重作业中用得较多。然而沥青麻绳在研究开发中通过沥青等添加剂的浸泡后，用于伸缩缝、沉降缝等填缝材料。沥青麻绳的规格有2cm~8cm之间都有。

　　施工工艺:根据断面高度和超深确定钻孔深度。一次钻好竖、斜向孔,分两次引爆,即路堑爆破和光面爆破。路堑爆破后不必清渣,马上就进行光面爆破,这样可以用推土机配合装载机和自卸汽车进行石方施工,或者用挖掘机配合自卸车进行清渣。

　　四、红砂岩路基病害的防治对策

　　对于接近饱和的松软土地基,可采取预压排水、挤密加固或其他软基处理措施,并分析地基在设计路堤荷载作用下的沉降量,确保工后沉降不超过允许值;当松软土厚度不大时(一般以3米为界限),可采取挖土换填措施。

　　对于非饱和的松散土地基,当厚度不大时,可采用重型压路机压实处理措施,若厚度较大时,可采取强夯加固措施。

　　在高填方路段,要对地基的承载力和沉降量进行验算分析,必要时采取加固措施。

　　对于低洼易积水地段,在地基一定厚度范围内要采用水稳定性良好的填料填筑,清除积水,截断水源。

　　对于路基两侧的高边坡,需要进行稳定性分析验算,一般要采取边坡防护和排水防治措施。

　　对于远离构造物的局部路段,若路基沉陷是因雨水渗入路基表层土中导致的,要对沉陷部位开挖进行处理,若是因路基填土压实质量差所致,应考虑采用注浆或挤密处理措施。

　　在红砂岩路基施工和营运期间要加强排水和隔水措施,确保排水通道畅通,路基表面无积水。