探讨变质软岩路堤浸水载荷试验

摘要：本文利用3类变质软岩修筑试验路堤，来对于直径值为75厘米的大尺寸平板岩石的物理力学性质、岩石矿物成分和水理性质实验数据分析的基础上，进行载荷试验以对于填石路基的回弹模量进行研究，并且为路面的结构设计提供参数。在对路堤浸水模拟在自重作用下的填石路堤的湿化变形，以及对于填石路堤湿化变形规律的有效研究，都建立在稳载条件下的基础上。试验的结果充分说明石料的单轴抗压强度，基本可以符合路基对于填料强度的要求，对于路基顶面平均回弹模量的压实可以满足规范的标准，浸水后的路堤会有湿化和变形的变化，而且后期还有可能发生回弹和变形。

关键词：变质软岩路堤浸水载荷试验填石路堤

中图分类号：U213.1+1文献标识码： A 文章编号：

前言

我国是一个包括丘陵地带的山区面积占到70%的多山国家，这里居住着全国5.8亿的人口，占到了全国综述的45%。我国经济发展的重要组成部分也分布在山区，这里生态资源蕴藏丰富，还是影响到河流的旱涝灾害、水源涵养、水土流失和水文情势等重要的区域，所以在我国，山区经济的建设发展尤其重要。因为地理上的原因，长期以来我国山区的经济发展明显落后于沿海地区和平原地区。通过研究发现，山区的道路运输条件差和运输成本比较高，是严重制约山区经济发展的最主要因素。目前山区急需改善的就是公路运输条件，从而满足当前经济社会发展的需要。

工程简要介绍

在山区修建公路，因为填筑路堤源比较匮乏，加上运输的不方便，所以如果要开挖隧道的时候，就会产生大量的隧道废渣和部分路堑挖方以及其他施工产生的石料，无法处理。在这个方面上，利用弃方产生的石料，来填筑路堤就有效解决了这个问题。不仅如此，这个方式还对于公路建设对生态环境的压力起到了极大的缓解作用，更体现了建设资源节约和环境友好的精神。

以这个位于秦岭山区的高速公路为例。这条高速名叫柞小高速公路，全场约71公里，有540万立方米的挖方和497万立方米的填方。要达到保护环境和节约投资的双效益，就必须把挖方石料用到路基的填方上去。因为这个地区的地质环境非常复杂，变质岩的分布比较广且岩质非常松散，所以风化效果比较强烈和抗侵蚀的能力非常差。工程建设中，最需要考虑的就是对于用在填筑路堤的弃方石料的可行和稳定性能的保障。

石料和基本性质

2.1组成物质

这个路段在施工过程中，开挖的岩石主要种类是变质岩。在现场对于3类有代表性的岩样进行了有效的镜下仔细分析，并且断定为千枚状石英片岩、千枚状含黄铁矿片岩和千枚状变质灰岩。在对他们进行进一步的分析中发现，3类岩石矿物颗粒最小，比表面积大且容易风化，而绢云母和云母等片状的矿物遇到水以后就会膨胀，并且沿辟理面可能产生对应的滑动，而灰岩遇到酸性水的情况后，则可能发生岩溶的现象。黄铁矿遇到水还能产生硫酸，对矿物中的方解石进行腐蚀。

2.2工程的性质

对于工程的吸水率、容重和单轴抗压强度和膨胀性进行对比，结果发现：这3类样岩在干燥条件之下强度比较高，而在饱水的情况下强度就有所降低，并且在此情况下还有微弱的膨胀性，这和其中所含的矿物密切相关。3类岩石的饱和单轴抗压的强度都非常高，完全能满足填石路堤对于填料强度的要求。

设计实验方案

在目前情况下，检验公路路基强度的指标一般是路基压实度和填料的CBR值，这也是控制路基施工质量的有效标准，需要指出的是，压实度和CBR值并不适用于填石路基。

比较良好的反映路基具有的部分弹性性质，是路基顶面的回弹模量。在我国3层体系的路面设计理论中，这是一个非常重要的设计参数。有的专业文献已经为不同的自然区划以及土质的回弹模量值计算出了有效的推荐值，但是路面设计的厚度也能受到回弹模量值的影响，所以要在规范建议有条件的情况下直接来测定，并且把回弹模量值来当作控制施工质量的重要指标之一。

出于这个考虑，工程分别通过3类石料铺筑试验路段，并且以载荷试验来取得相应的填石路基的回弹模量，从而提供参数给路面的设计。与此同时，为了反映变质软岩浸水和变形的特性，需要把载荷加到和路堤自身重量差不多的条件下，来对于试验路堤进行浸水，并且连续观测试验路堤浸水后的变形沉降，从而摸索出湿化变形的规律。

3.1修筑试验路段

对于试验路段的修筑，要采用隧道和边坡开挖的方式，并且将其产生的弃方石料来进行铺筑。对修筑试验路段拟定长、宽、高分别为50米、10米及2.5米，之后通过20吨凸轮振动压路机连续3次碾压的压实机械组合，再用20吨光轮振动压路机接连6次碾压。

在试验路段中，每层的施工厚度要控制在40厘米，并选择粒径不超过15厘米的填料。通过对于施工现场的量测证明：压实的效果还是比较好的，并且经过压实后表面非常平整，没有明显的轮迹，只有小于2毫米的最后连续两边的沉降差。此外，凸轮振动压路机碾碎了一些大颗粒的石料，并对于填料的级配进行了有效的改善。

3.2选择承压板

填料是弃方石料且沙土大、粒径比较黏土，因而在我国的工程实践中普遍采用圆形荷载板一般是75、50、30厘米3类规格尺寸的，而直径30厘米的圆形载荷板一般用在公路土基回弹模量的检测上。因为本工程采用粒径较大的填料，要保障实验结果的可靠和较好反映填石路基的回弹模量，所以试验中采用的大尺寸载荷板直径是75厘米。

3.3加载的方案

在完成修筑路段之后，就要选择配重，而选择的标准则是根据设计填方的高度来进行。先对要检测的路基的回弹模量助剂加载和卸载的方法，测算出每一级荷载中的回弹变形，再通过计算来求得其回弹模量。因为相关的文献没有75厘米直径的大载荷板的记录与规定，在工程的实践中也较少有这样的案例来借鉴，所以本试验需要制定专门的加载等级。

在测试的过程里，对照相关文献得出了加载和卸载的稳定标准，还有沉降的测读频率。回弹变形达到1毫米的时候，填石路基的回弹模量的测试工作就要结束。要得出试验段路基的回弹模量，就需要针对这部分的试验数据进行仔细分析。

继续连续加载到荷载达到和路堤自身重量相差无几的压强的时候，就可以达到模拟路堤自重的效果。这个过程需要对载荷试验里慢速法的加荷方式，以及沉降观测的频率进行有效采用。

3.4路堤的湿化和变形

在达到和设计填土的高度相当水平的压强，会在变形稳定后对试验点进行注水，从而保持表层一定的湿润，这个时间的设置至少不能少于24小时，并且在连续2个12小时里变形量不能超过1毫米，这是浸水沉降变形的控制标准的设置。

试验结果分析

路面设计的基本参数和衡量路基质量的基本指标，都需要用到路基的回弹模量。在试验中的填石路堤，要检测填石路基施工质量，就需要把回弹模量作为标准，而用压实度和CBR值的方式显然是不行的。

路面开裂和路基长期浸水，都能导致地表水渗入并产生相应的湿化和变形，并进而造成路基的沉降。这些现象的出现，都是由于矿物的容易风化、颗粒小又比表面积大等因素造成的。另外，岩石在饱水状态下随时间的延长，相应的空隙率也会增加，从而颗粒之间变得非常松散，结构也变成多空和疏松，这就造成了岩石遇水后膨胀变形的特征。

结束语

在山区进行公路建设，工程中需要对填石路基的施工质量和工艺的评定方法进行有效解决。本文通过工程实践，得出一些结论：

①在用大直径承载板测试路基现场的回弹模量值，得出的值对于规范要求能有效满足，并提供参考数据给面层的结构设计，结果反映出非常好的一致性，希望在以后填石路基的施工质量中以回弹模量为标准。

②在浸水湿化过程里，填料会存在变形，这是由于岩石中蕴含的云母、绢云母等片状的矿物，并且岩石的比较面积大而颗粒小、多孔且疏松，导致了填料浸水以后发生了膨胀变形。

③变形模量因为岩石的软化而降低，水的引起了填料颗粒重组结构，这些原因造成了填石路堤产生湿化变形。

从岩石强度和压实后路基顶面的回弹模量多个角度分析，3类石料都能当成路基填料来使用。由于石料存在遇水软化而产生的湿化变形，并且还有可能随着时间的推移产生反弹的膨胀变形，所以要通过填石路基的放排水设计和隔断水源等措施，来保障路基的有效稳定。

参考文献

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