浅析红砂岩路基施工技术与质量控制

摘要：在修建湖南安邵高速公路工程中，为贯彻就地取材，节约投资，减少弃土征地，有利环境保护，使用沿线及路堑挖方中的红砂岩作路堤填料，并取得良好的效果。本文根据红砂岩的特性，结合湖南安邵高速公路采用红砂岩填筑路基的施工实践，对使用红砂岩填筑路基的施工要求和质量控制提出个人浅见，以供参考。

关键词：高速公路红砂岩路基施工技术质量控制

中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：

湖南安邵高速公路沿线红砂岩分布较普遍，红砂岩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。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。

1、红砂岩的分类及主要特性

1.1 红砂岩的分类

红砂岩中的多数在干燥后浸水崩解或强烈崩解的红砂岩，称为一类岩；浸水崩解不强烈或略有崩解的红砂岩称为二类岩。料场中一类岩和二类岩互相掺杂，以一类岩为主的，按一类岩对待。以二类岩为主的，按二类岩对待。有的红砂岩料场，一类岩和二类岩成间层分布，甚至一类岩和浸水不崩解的红砂岩成间层分布，这两者称软硬互层。

1.2 红砂岩的主要特性

1.2.1遇水崩解和膨胀

红砂岩在干湿循环作用下，经过阳光、大气特别是雨水的重复作用下，易崩解成小碎块，体积略有增加，膨胀率约为1-4%。崩解后的红砂岩遇水软化，强度下降较快（有的甚至达40%左右），此时，在机械和人力作用下易成为渣泥状，满载的东风车在压实好的试验路行走时最大可见20cm深的车辙，且这一性质不可逆转。

1.2.2高吸水性、透水性与难蒸发性

一旦红砂岩崩解或碾压成细粒状，其吸水性较强，很快达到饱和状态；压实度虽能达到要求，但仍具有较大的孔隙率，实测达0.1～0.3左右，因此其透水性相对较强，93区的检测表明：最大透水深度可达20～30cm；吸水或饱水后的红砂岩，强光、风作用下水分蒸发慢，表层10cm一般要一天左右才蒸发完，但蒸发却较为彻底，且行车作用下易扬尘。

1.2.3低粘结性

破碎后重新组合的红砂岩，粘结性能小，易松散，作压实度检测时，很难取得块状样品，这说明红砂岩路基的整体性或板快性较差，强度具有不可逆转性。

1.2.4易风化性

一旦外力作用下破坏，那么在大气、阳光、雨水的影响下，红砂岩极易风化。若遇水，则不仅仅是软化，更是加速了这种风化过程，倘经过几次干湿循环作用，红砂岩易风化破碎，利于压实。

1.2.5不均匀沉降

由于粒径难以100%的控制且不均匀，加上红砂岩极易风化及遇水软化，红砂岩路基易出现较大的不均匀沉降。

1.2.6不可逆转性和活性

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。

2、红砂岩路基施工

利用红砂岩填筑路堤，如填料不良，施工方法不当，压实不足，在荷载和自然因素作用下，均可发生路基沉陷，边坡坍塌等病害，导致路面破坏。因此，做好红砂岩填筑路堤的施工及质量控制显得十分重要。

2.1 施工前的准备工作

施工前要对施工路段沿线的土质进行详细调查，对红砂岩要做土工试验，特别是浸水崩解性、膨胀性试验和进行岩性分析，确定红砂岩类别及强度；确定施工方案和施工方法及施工计划；选配施工机械和试验仪器设备；清除施工场相关取料场的草木、杂物、淤泥、表土等物；路堤基底处理及填前碾压应符合路基施工技术规范要求。

2.2 施工机械配备

2.2.1路基施工的主要机械

包括挖掘、铲土、运输、洒水、拌和、摊铺、碾压等机械。而红砂岩路基施工的机械要求与普通路基施工机械的要求基本相同，所不同要求的主要机械有压路机、推土机。湖南安邵高速公路红砂岩路基施工中，配置了激振力40t以上的振动压路机，对石方强度高且较集中的路段，还配置了冲击式压路机；推土机要求其功率尽可能大，并且具有“耙压”功能；配备小型夯实机具。

2.2.2试验仪器

试验室除必须配备的一般岩土的物理力学试验仪器、重型击实仪、CBR承载比试验仪器外，还应配备表面振动压实试验仪。

2.3 红砂岩的爆破

在红砂岩路基施工中，应根据地形和地质，利用各种爆破方法的特点，因地制宜选用爆破方法。由于红砂岩属软石，应以小型松动爆破为主，尤其是石质挖方边坡。红砂岩一次爆破量应＞路堤10d—15d的填筑量。这样便增加了红砂岩与空气和水接触的时间，加快红砂岩风化崩解过程。

2.4 分层碾压型红砂岩路堤

2.4.1红砂岩填料碾压松铺层

填方作业段应分层进行摊铺，每层松铺厚度应根据压实设备、压实方法及现场压实试验确定，湖南安邵高速公路根据试验数据规定，红砂岩填料碾压层松铺厚度采用h≤40cm或h≤30cm两种。当采用40t振动压路机时，其松铺厚度应控制在30cm以内；当采用激振力40t以上或冲击式压路机时，其松铺厚度为40cm。每层填料铺设的宽度，每侧超出路堤设计宽度0.5m-1.0m，以保证整修边坡后的路基边缘有足够的压实度。红砂岩填料的最大料径≯2/3h层厚。为了提高路基的强度和减少其孔隙率，增加在使用过程中的稳定性，用作路堤填筑的材料，一般要求具有良好的级配。用红砂岩填料筑路堤时，也应考虑红砂岩颗粒大小之间的搭配，红砂岩的粒径不能过大。

2.4.2红砂岩填料的“耙压”

大功率的推土机将红砂岩填料推平，以履带碾压，再以松土齿耙松称为“耙压”。为达到较理想的级配和减少孔隙率的要求，一般耙压的遍数≮3遍。对于其中个别不能崩解的坚硬颗粒或靠压实设备无法压碎的材料，应予以剔除或人工击碎。

2.4.3碾压成型阶段

在碾压成型前，应对填料摊铺的路拱横坡度和含水量进行检查，使其达到规范的要求。在施工中，填土分层的压实厚度和压实遍数与压路机的类型、土的种类和压实度的要求有关，应通过试验路来确定。湖南安邵高速公路施工中，选用的压实机具为40t及激振力40t以上的振动压路机和冲击式压路机。施工时应根据各路段红砂岩和土质情况合理调配使用压路机，对易压碎，易崩解，强度较低的红砂岩可采用40t振动压路机，对不易崩解，强度高的红砂岩路段宜采用40t激振力以上的振动压路机或冲击式压路机进行碾压。碾压时应先轻后重，先慢后快，先两侧后中央进行。相邻两次碾压轮迹应重叠轮宽的1/3（或15cm-20cm），保证压实均匀不得漏压。要充分做好雨前和雨后的路堤压实。

2.4.4应经常进行路基含水量、密度和压实度的检查与控制工作

使各项指标满足要求。如果碾压遍数超过10遍仍然达不到压实度要求，应减少摊铺层的厚度。

2.5 包边土和成层土及96区的填筑

2.5.1路堤中部分用红砂岩填筑，边坡用低液限粘土包边，称包边方案(即红砂岩封闭路堤)

红砂岩料场为一类岩石，室内烘干浸水崩解试验为渣状或泥状崩解，且试验测得的自由膨胀率＞30%，可供调配的红砂岩储量略有不足，而附近又有低液限粘土料场，需要在边坡或坡脚平台种植护坡草时，可采用包边土方案，包边土的厚度宜为1.3m左右。采用包边土后，路堤得以封闭，防止了内部红砂岩水分变化，增加了路堤的水稳定性和强度。包边土与路堤内红砂岩的接触面可按咬牙交错形式搭接。路堤内红砂岩的施工与分层碾压型红砂岩路堤的施工方法完全相同。

2.5.2成层土是红砂岩与低液限粘土水平同层填筑

红砂岩料场为一类岩石，室内烘干崩解试验为渣状或泥状崩解，根据其自由膨胀率的大小，可供调配的红砂岩储量不足，由2层红砂岩夹1层低液限粘土或夹2层低液限粘土。在使用成层土方案施工，红砂岩不得作为停工期间的最上层，一定是经过压实的低液限粘土最上层，以便形成透水不良的表层。禁止使用透水性土层作成层土路堤中水平间的夹层。成层土路堤中的红砂岩间层和低液限粘土间层的施工与分层碾压型红砂岩路堤的施工方法相同。

2.5.3 96区的精加工

①由于红砂岩的高吸水性和透水性，96区部分，尤其是最上面的30cm，宜用CBR值＞8的好土、最好是用改良土进行填筑。

②对于烘干浸水崩解为渣状或泥状的一类红砂岩，在缺少低液限粘土地段可掺入按体积比≮全体积的8%的熟石灰，将其塑性指数降低，红砂岩填料的含水量达到最佳，从而提高密实度。掺入熟石灰后，红砂岩凝结成块，形成板体结构，从而提高强度。由于石灰土属气硬性结构，凝结时间较长，雨季时间使用不合适。

③对崩解后呈砂质或粉砂质一类红砂岩可掺入其重量比≮4%的水泥剂量，使其结板成型，提高整体强度。由于水稳结构成型快，施工简便，适合雨季施工，在湖南安邵高速公路中被采用，取得了良好的效果。

3、红砂岩填筑路基的质量控制

3.1 路基压实控制

由于红砂岩具有强度低、遇水崩解和膨胀的活性及强度的不可逆转性，因此，用红砂岩为填料必须要有足够的密实程度，才能保证红砂岩路基的强度和水稳定性，应加强控制，以提高路堤的压实质量：

3.1.1以松铺碾压层厚度控制

①红砂岩的松铺层厚度采用40t的振动压路机时,≯30cm。

②与红砂岩路堤相关的低液限粘土：包边土与路堤中部分红砂岩层厚相同；成层土路堤中低液限粘土间层与上下红砂岩间层松铺层厚相同；路堤顶部封层的松铺层厚≯30cm；路堤底部垫层松铺层厚≯40cm。

③0cm-80cm区部分无论何种岩土松铺层厚≯30cm；④夯实土松铺层厚≯20cm。

3.1.2以各碾压层中允许采用的最大粒径控制

红砂岩填料在推土机耙压数遍后，当松铺层厚30cm时，最大粒径≯20cm；当松铺层厚40cm时，最大粒径≯25cm；碾压层不属于上述厚度时，最大粒径≯2/3层厚。

3.1.3以碾压时填料的最佳含水量控制。

3.1.4以压实度来控制

各区间检测的路基压度应达到技术规范要求。达不到要求时，应分析原因，采取相应的措施，进行补压。

3.1.5以碾压机械及碾压遍数控制

不同型号碾压机械均存在最佳遍数。因此，在每个合同段，均应作压实试验，确定不同压路机相应的最佳碾压遍数。

3.2 红砂岩填料的崩解处理

由于红砂岩的特性，其填料最好尽早开挖，使其于大气、阳光和雨水中，任其风化崩解，消除其崩解和膨胀的活性。在崩解处理期间，视天气和温度情况，宜每天或隔天在料场浇水，晴天应加大浇水力度。崩解处理后的填料，8天后可运往施工路堤上摊铺。由于崩解后的红砂岩强度大为降低（有的强度降低达40%），便于填料压碎和碾压密实，从而提高了压实质量，同时减少了压实费用。

4、结语

通过湖南安邵高速公路的施工经验说明红砂岩可用作高等级公路路基填料，但施工中一定要严格按照确定的施工工艺组织施工，以确保路基的施工质量。湖南安邵高速公路采用红砂岩作路基填料，为本项目节约了投资，减少了弃土征地，有利于环境保护，取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]谢建湘。常张高速公路红砂岩路基的施工技术，公路与汽运，2007年第3期

[2]孙超林，刘果。红砂岩填石路基强夯作用下变形研究，湖南交通科技，2008年第3期

[3]李传斌，杜宇飞。瑞赣高速公路红砂岩路基填筑的质量控制，山西建筑，2010年第16期

作者简介：戴日红（1977- ），男，工程师，主要从事高速公路建设管理工作。