瑞贛高速公路紅砂巖路基填筑的質(zhì)量控制

李傳斌 杜宇飛

瑞贛高速公路是廈門—成都高速公路在江西境內(nèi)的一段，是江西省“三縱四橫”公路主骨架網(wǎng)中第四橫的一部分，也是江西省利用世界銀行貸款修建的第3號項目，總長117.12 km，起于瑞金市石云山，與廈蓉線隘嶺(贛閩界)—瑞金終點相接，經(jīng)會昌、于都、贛縣，終于贛州市章貢區(qū)，與廈蓉線贛州城西段起點(黃金互通立交)連接，路線所經(jīng)區(qū)域均隸屬于贛州市。

瑞贛高速公路路線呈東西走向，以低山丘陵地貌為主，地形侵蝕切割嚴重，植被較為發(fā)育。線路所經(jīng)區(qū)域地形主要以低山丘陵和山區(qū)小盆地地形為主，整個區(qū)段內(nèi)分布大大小小紅層盆地近50個，屬典型的區(qū)域性紅盆地形。紅盆區(qū)域內(nèi)的紅砂巖是在侏羅系、白堊系與第三系砂巖、泥巖、頁巖及其互層結(jié)構(gòu)等軟硬相間的層狀巖體，其屬內(nèi)陸河流、湖泊相沉積地層，沉積歷史較短，成巖程度差，有較強的環(huán)境效應(yīng)和時間效應(yīng)，巖體強度低，抗風(fēng)化能力差，水敏感性強，遇水巖體強度大幅度下降，失水后易產(chǎn)生崩解，工程性質(zhì)較差。

1 紅砂巖的工程性質(zhì)

根據(jù)顆粒類型，紅砂巖可分為粒狀碎屑結(jié)構(gòu)和泥狀結(jié)構(gòu)兩類。這兩種典型結(jié)構(gòu)紅砂巖的主要黏土礦物成分都是高嶺土、蒙脫石和伊利石。

從分子結(jié)構(gòu)來看，親水性強的蒙脫石和伊利石是導(dǎo)致紅砂巖水穩(wěn)定性差、易崩解、軟化的主要原因。由于蒙脫石和伊利石的親水性較強，故其質(zhì)量分數(shù)的高低是決定紅砂巖易崩解軟化、水穩(wěn)定性差的主要原因。一般蒙脫石與伊利石質(zhì)量分數(shù)之和大于10%的紅砂巖崩解性強，5%～10%之間的紅砂巖也具有明顯崩解性，5%以下為不崩解的紅砂巖。崩解后的紅砂巖易軟化，隨著干濕循環(huán)時間的增加，顆粒不斷碎化，最后呈渣狀或泥狀，完全喪失強度。為了方便研究，研究者一般根據(jù)紅砂巖在烘干后浸水24 h后的崩解狀況分為3類:崩解成泥狀、渣狀或粒狀者，稱為一類巖;崩解成塊狀者，稱為二類巖;根本不崩解者，稱為三類巖。紅砂巖崩解或碾壓成細粒狀后，其吸水性更強，很快便達到飽和狀態(tài)，具有較大的孔隙率，因此其透水性相對較強，所以剛爆破開挖的一、二類紅砂巖不能直接用于高速公路路基填筑。三類紅砂巖由于遇水不崩解，可以通過解小以填石或者土石混填進行填筑。

2 瑞贛高速公路對紅砂巖路段的處理

2.1 過程施工控制

1)施工機械:在滿足普通路基填筑對機械的要求之外，要求承包人增加大噸位的推土機、羊足碾和振動壓路機。其中采用專用的壓實機械進行壓實是施工的關(guān)鍵工序之一，壓實效果的好壞直接關(guān)系到工程質(zhì)量的優(yōu)劣。在紅砂巖路基的施工中，應(yīng)配備60 t拖式振動壓路機(羊足碾)、40 t輪式振動壓路機和推土機各一臺。推土機的主要作用是將填料推平，以履帶碾壓之，再以松土齒耙松，稱為“耙壓”。一般耙壓遍數(shù)不得少于兩遍，目的在于碾碎紅砂巖大顆粒，經(jīng)耙壓后，檢查紅砂巖最大粒徑是否滿足要求，若不滿足應(yīng)繼續(xù)耙壓或解小。這些設(shè)備激振力大，有利于對大塊紅砂巖解小并且操作簡單，成本相對較低。2)紅砂巖開采:在紅砂巖深挖路塹路段的爆破開采中，既要考慮設(shè)計要求又要充分利用地形采用合理爆破方法，一方面保證路塹邊坡的安全性，另一方面使爆破產(chǎn)生的紅砂巖粒徑盡可能較小。在操作的過程中一般采用自上而下小炮群爆破法開挖，短進尺，多打眼，少裝藥，弱爆破，同時要充分利用自然因素，將爆破產(chǎn)生的紅砂巖暴露于大氣中，利用強光和雨水加快巖體的崩解速度。在崩解過程中應(yīng)對巖體進行每天兩次的現(xiàn)場澆水工作。3)松鋪厚度控制:根據(jù)《公路工程路基施工規(guī)范》規(guī)定的填石路段最大松鋪厚度50 cm，最大粒徑30 cm，項目業(yè)主組織AS15標在贛江橋頭紅砂巖填方路段做試驗路，利用羊足碾進行反復(fù)振動碾壓。通過檢測中心對該路段的返挖并結(jié)合壓實度試驗確定紅砂巖路段的最大松鋪厚度為40 cm，最大粒徑為25 cm。4)由于紅砂巖的高吸水性和透水性，96區(qū)頂業(yè)主要求承包人進行借土填筑，同時對填方路基邊坡進行必要的黏性土覆蓋，防止雨水滲入引起不均勻沉降。

2.2 工后控制

瑞贛高速公路相關(guān)紅砂巖填方路段碎石含量達70%～90%，填筑過程中雖然進行了大規(guī)模的改石工作并在填筑的過程中進行沖擊碾壓，但局部路基填筑后孔隙仍然較大，壓實質(zhì)量難以保證，而且路基完工后即將經(jīng)歷贛南雨季，長時間暴露極易產(chǎn)生較大的工后沉降和不均勻沉降。強夯法是20世紀60年代末由法國梅納技術(shù)公司首先創(chuàng)用的，此法在開始時僅用于加固砂土和碎石土路基，在港口、碼頭工程中應(yīng)用廣泛。經(jīng)過幾十年來的應(yīng)用與發(fā)展，已拓展到用于加固從礫石到黏性土的各類路基土。強夯的有效深度是目前工程研究人員的主要探討內(nèi)容之一，強夯的創(chuàng)始人Megard提出了有效影響深度的計算公式為:

其中，h為加固影響深度;w為夯錘重;H為下落高度。

采用以上公式計算得到的影響深度和工程重實測的有效影響深度相差較大，且均偏大，近年來，眾多學(xué)者建議對上述公式進行修訂，提出了修訂后的Megard公式如下:

其中，α為修正系數(shù)，和多種因素有關(guān)。

這方面的資料很多，Leonards建議對砂土地基乘以0.5的修正系數(shù);王成華收集整理了40項強夯工程或試驗實測的α值，夯擊能一般為1 000 kN?m～2 500 kN?m，α值的范圍為 0.2～0.95，α=0.4的頻率約為80%，均值為0.5。此外根據(jù)JGJ 79-91建筑低級處理技術(shù)規(guī)范規(guī)定，強夯的有效影響深度應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，在缺少試驗資料和經(jīng)驗時可根據(jù)表1的數(shù)據(jù)確定。

表1 強夯的影響深度

根據(jù)項目實際并結(jié)合相關(guān)技術(shù)規(guī)范，業(yè)主制定了針對本項目的強夯技術(shù)規(guī)范，對特殊路段(如高填方(超過8 m)、填挖交接、半填半挖路段)96區(qū)第二層頂進行強夯補強，采用10 t重錘從10 m高空落下，即單錘強夯擊能為1 000 kN?m，夯擊遍數(shù)根據(jù)填料性質(zhì)確定，一般采用點夯2遍～3遍，最后再以低能量滿夯2遍，滿夯可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時間間隔，間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間。夯擊點位置可根據(jù)基底平面形狀，采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯擊點間距可取夯錘直徑的2.5倍～3.5倍，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間，以后各遍夯擊點間距可適當減小。

從進行強夯補強的路段來看，強夯后路基的平均沉降量達到了21 cm～28 cm，壓實度提高了5%，普遍達到 96%以上，夯錘以下50 cm以內(nèi)壓實度更是接近100%，此外通過返挖發(fā)現(xiàn)錘下4.2 m～4.5 m范圍內(nèi)的土體都受到了沖擊壓實。以上情況說明強夯產(chǎn)生的沖擊荷載對路基表面至以下4.5 m的土層產(chǎn)生了極大的擠密效應(yīng)，減小了土體的孔隙體積，使土體致密，強度得到了很大的提高。與此同時由于強夯作用，錘下土體形成了一層隔水層能夠有效防止地表水滲入路基內(nèi)，同時也阻斷了路堤內(nèi)紅砂巖和外界水分的交換，保證了路基的穩(wěn)定。

3 結(jié)語

1)紅砂巖路基填筑是一種土石混填結(jié)構(gòu)，該路段的最大松鋪厚度宜控制在40 cm以內(nèi)，最大粒徑宜小于25 cm;2)1 000 kN?m強夯擊能的影響深度為4 m左右，強夯能使壓實度提高5%，對紅砂巖路段的填筑質(zhì)量具有重要意義。

瑞贛高速公路項目對紅砂巖路基填筑過程的施工控制以及對工后的重新處理，取得了較好的效果，該方法在很大程度上保障了路基的壓實度要求，盡量避免了今后可能出現(xiàn)的不均勻沉降造成的路基病害，具有一定的推廣價值，對其他類似項目的紅砂巖路基填筑具有指導(dǎo)意義。

[1] 江西省交通廳世行貸款瑞金至贛州高速公路項目建設(shè)辦公室.江西省瑞金至贛州高速公路項目技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 吳 斌.強夯前后水對紅砂巖路基影響機理的試驗研究[J].公路交通科技，2004(2):20-21.

[3] 吳海平.贛南紅層滑坡機理及防治對策研究[D].南昌:華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，2007.

[4] 藍 田.紅砂巖地帶路基修筑技術(shù)[J].工程科技，2007(2):145-146.

[5] 羅嗣海.強夯的地面變化規(guī)律初探[J].地質(zhì)科技情報，2000(19):57-58.

[6] 鄧覲宇.高速公路紅砂巖的路用性能及施工工藝研究[J].巖土工程技術(shù)，2003(5):196-197.