高速公路红砂岩路基的施工工艺浅析

红砂岩是指泥质或砂质页岩等沉积类岩石,其中多数因富含铁的氧化物而呈红色、深红色或褐色,开挖后,随着时间的推移,在大气、阳光、特别是雨水的作用下易崩解。该类岩石称红砂岩。

一、红砂岩路基稳定性原理分析

众所周知,合格路基的内在质量应具备三个要求:具有足够的整体稳定性;具有足够的强度。具有足够的水稳性,简而言之,就是路基要达到“密实”、“均匀”和“稳定”的使用要求。

路基密实的过程,实际上是一个颗粒重组的过程,而对填石路基来说,则是岩石位移重组的过程。路基的稳定是相对的,也就是说,当路基在外界应力作用下,岩石间无位移或位移量能控制在某一个标准内时,我们就可认为路基最初是稳定的。而在设计年限内,在设计荷载的作用下,位移能控制在某一标准内,则我们可认为路基在使用过程中一直台格。

路基的稳定是由路基的整体决定的,对石方路基的稳定性,取决于两个方面;一是岩石填筑形成岩体后的孔隙比(e1),而非岩石本身的孔隙比(e2);二是岩石的强度。e2是不可改变的,所以要提高石方路基的稳定性,最理想的状态当然是el尽可能小,而要达到这一目的,就是希望填料具有良好的级配,并容易碾压密实,而尽可能使岩石破碎是最直接的途径,而破碎程度的大小取决干岩石的强度和压实设备类型,路基的密实过程实际上也是填料棱角破碎,填料挤密的过程,所以路基成型后,路基能否保持稳定,与岩石的强度密切相关,此时岩石的强度越高,路基反而越稳定,而岩石的最大强度是有限的,且强度受自然因素的影响大,主要受大气、水的影响大,所以防护、排水工作对路基强度偏低的红砂岩至关重要。

二、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t

(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。

三、处理红砂岩的两个基本原则

1、消除红砂岩的活性

红砂岩在爆破开挖出来后,受阳光,大气特别是士雨水的作用而迅速风化崩解,由大块状风化崩解成碎块关,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。这种性质称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。

四、施工工艺

路基施工方案的关键要确定三项指标:一是压实设备类型;二是松铺层厚。三是检测办法。根据石方路基稳定原理的定性分析、红砂岩的物理、力学性能及已往红砂岩路基的施工经验确定具体的施工方案。

①压实设备选择激振力35吨以上的压路机,也即YZ20以上压路机。之所以选择YZ20以上压路机,主要是Y Z20以上压路机激振力大,各类型号的Yz20压路机激振力均在350K N以上,最大静线压力也在580N/cm以上,激振力大,有利于在碾压过程中对岩石进行二次解小一其次采用压路机施工进度有保证,且压路机操作简单,施工成本低。

②松铺层厚最初根据《公路工程路基施工规范》(JTJ033-95),确定为50cm,石料最大粒径不大干30cm。在试验路段的铺设中,发现有部分强度低的红砂岩极易破碎,且红砂岩通过爆破解小后细料占有相当部分的比重,与别的石质有明显区别,所以最初把红砂岩完全当作填石路堤的构想不完全正确。实际上红砂岩在大吨位压路机的激振作用下,最初的填石结构的特性,发生了变化,它变为了土石混填结构。但同时由干分层厚度过大,通过挖验发现,石料架空现象较多,也即单点合格率低,为进一步克服这一点,后将松铺层厚由50cm改为35cm,最大粒径由35cm改为23cm。

众所周知路基填土是典型的扰动的颗粒,水和空气组成的三相体材料,不同种类的填土,压实特性也不相同。而土石混合料的压实特性是大小颗粒在力的作用下克服颗粒间阻力产生位移的过程,即大小颗粒全新排列,相互靠近,使孔隙体积减少,单位体积内固体颗粒数量增加的过程。土石混合料的压实不仅与粗粒的风化程度有关,而且与其含量有关,当粗粒含量低于40%时,粗粒料在压实土体中仅作为不可压缩的骨料。混合料的压实细料起决定性作用。红砂岩本身的特点,使其在大吨位压路机作用下大颗粒的材料减少,不能起到骨架作用,只能作为不可压缩的包裹体,压实特性介于纯土和纯石之间,但其密度则因粗粒的存在而有不同程度的改变。

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。所以在后续的试验路段铺设时就规定松铺厚度为35cm,石料最大粒径不超过最大松铺厚度的2/3即(23cm)。通过在以后进行的挖验以及冲压补强的沉降观测证明这是成功的。

五、施工中的建议

(1)红砂岩干燥状态下单轴抗压强度为30-60MPa,自然状态下单轴抗压强度为15'30MPa,饱水强度为0-20 MPa;其矿物成分主要以石英、长石、岩屑、泥质为主;

(2)对红砂岩填筑路基,应采用YZ20型以上(即最大激振力为350KN以上)的压路机,松铺层厚控制在35cm,摊铺前最大粒径控制在23cm以内的施工方案;

(3)在施工中,应严格监控,特别是应严格对松铺层厚和最大粒径的控制,由于红砂岩的压实度检测精度受试坑的大小影响较纯土方大,施工中重在以压实遍数控制工程质量。

(4)为提高红砂岩路基的单点合格率,建议对成型后的红砂岩路基采用大吨位压实机具进行一定范围的冲压补强;如果采用CYZ25冲击压路机进行冲压补强,则平均沉降在7CM以内,单点合格率达90%以上可认为路基质量合格,等等。