不同風化程度泥巖填料崩解特性試驗分析

陳發(fā)根，劉 凱，段海澎，謝 添

（1.安徽省交通投資集團有限責任公司，安徽 合肥 230088；2.合肥工業(yè)大學交通運輸工程學院，安徽 合肥 230009；3.安徽省交通規(guī)劃設計研究院工程測試中心，安徽 合肥 230088）

0 引言

泥巖開挖時具有較強硬度，經(jīng)過風、陽光和水作用后，極易產(chǎn)生風化、崩解和軟化等現(xiàn)象。為保持填挖平衡，降低遠距調(diào)運和工程造價，縮短工期，高速公路不得不采用性能尚可的泥巖，或?qū)⒛鄮r改良后作為路基填料。北沿江高速公路馬鞍山至巢湖段位于安徽省長江北岸江淮丘陵地形區(qū)，沿線分布的軟巖、軟淤泥較多，馬巢高速K12～K27段泥巖與砂巖、礫巖等巖層交互發(fā)育，K27～K35段普遍發(fā)育泥巖，且泥巖占路基挖方的比重較大，如將泥巖大量棄掉，遠距離調(diào)運土方、填挖平衡，工程造價和棄土面積等因素將嚴重影響公路建設。國內(nèi)外針對泥巖填料物理性能［1-2］、泥巖強度參數(shù)［3］、水穩(wěn)定性（遇水軟化）［4-5］、施工工藝［6-7］等方面開展了相關研究，而針對不同風化程度的泥巖填料崩解特性研究還有欠缺。本文結合馬巢高速工程實際，從崩解角度研究泥巖特性，旨在為馬巢高速項目以及安徽省今后的高速公路修筑提供借鑒。

1 馬巢高速公路泥巖崩解特性

泥巖具有遇水易崩解的工程特性，這種特性能反映不同巖石的風化程度。巖石受到風、陽光、水等因素影響，崩解越徹底，巖石顆粒越小，說明風化程度越嚴重。馬巢高速公路現(xiàn)場，雨后一段時間泥巖崩解十分明顯，但亦有少量泥巖處于弱崩解狀態(tài)（如圖1所示）。

圖1 K34+900～K35+100路段風化崩解的泥巖塊

通過研究發(fā)現(xiàn)泥巖具有如下崩解規(guī)律［8］：a）具有較強的遇水、遇風、遇陽光普遍崩解的特性；b）淺層泥巖崩解性極強，而深層泥巖（10m以下）崩解性相對較弱，崩解性呈現(xiàn)隨深度遞增而遞減的規(guī)律；c）崩解性極強的泥巖僅需幾分鐘就可碎如小石頭，而個別崩解性較弱的泥巖則需要幾小時乃至數(shù)周才能出現(xiàn)邊緣微裂隙；d）伴隨氣泡發(fā)生的粉末狀崩解是其主要表現(xiàn)形式。

2 泥巖灑水崩解顆粒分析試驗

泥巖灑水崩解顆粒分析試驗內(nèi)容如下（見表1～表3）：

a）在3個典型泥巖段由人工隨機選取近似立方體且粒徑為50mm左右的泥巖樣本，根據(jù)現(xiàn)場勘察并按照不同風化程度取巖塊試樣各20塊，運回試驗場地后置于試驗棚的地平上，在自然光照射的條件下進行試驗；

b）對不同風化程度的泥巖進行目測歸類，強、弱、微風化泥巖各4組，每5塊巖樣為一組，每組巖樣按每天充足灑水1次、2次、3次和4次來進行對比試驗；

c）按條件對試樣進行灑水，定期進行篩分試驗或直接量取試樣粒徑，得出各粒徑顆粒所占總質(zhì)量的百分比，記錄占有質(zhì)量優(yōu)勢的顆粒的粒徑變化情況，取多組試驗的平均值；

d）每天記錄試樣的崩解情況，并觀察和記錄試樣在不同時間的崩解碎裂情況。

表1 強風化泥巖崩解試驗過程

表2 弱風化泥巖崩解試驗過程

表3 微風化泥巖崩解試驗過程

本文選取適宜粒徑15～28mm作為判斷標準，僅憑自然條件和光照，加上人工灑水，泥巖崩解達到標準粒徑范圍內(nèi)所需要的條件和時間都有所不同。

由表2、表3知：

a）隨著天數(shù)和灑水頻率的增加，顆粒崩解到適宜粒徑范圍所需要的時間越短，呈現(xiàn)良好的階梯遞減趨勢；

b）對于弱風化泥巖，灑水頻率從每天1次到每天4次，泥巖崩解到適宜粒徑范圍內(nèi)所需時間分別為6d、6d、5d、4d，也呈現(xiàn)時間階梯遞減規(guī)律；

c）對于微風化泥巖，自然條件、光照、灑水對泥巖顆粒崩解影響基本不明顯，每天灑水4次，到第10d泥巖崩解顆粒粒徑分布為24～32mm。

綜上所述，強風化、弱風化泥巖可通過自然條件或預崩解處理來達到路基施工要求，微風化泥巖不宜作為路基填料，若工程量較大時，一定要用機械破碎后使用。

馬巢高速泥巖路堤整體施工過程中，最大松鋪厚度為0.45m，泥巖最大顆粒大小不應超過松鋪厚度的1/2，泥巖風化程度越高，機械破碎和碾壓頻率越小，所需機械噸位小，破碎和碾壓次數(shù)越少。實際工程中，巖體經(jīng)爆破后，不同風化程度的泥巖往往混雜在一起，當工程量較小時，應將混雜泥巖按照風化程度大致分類，節(jié)約機械和人力；當工程量較大時，由馬巢高速實踐證明，應將混雜泥巖開展大塊破小、灑水等預崩解措施，使得不同風化程度的泥巖顆粒大小崩解到滿足施工要求，以節(jié)約工程造價、提高工程質(zhì)量和驗收通過率。

3 結論

通過以上分析，本文得到如下結論：

a）對于強風化、弱風化泥巖，隨著灑水頻率和灑水天數(shù)的增加，顆粒崩解到適宜粒徑范圍所需要的時間越短，呈現(xiàn)良好的階梯遞減趨勢；

b）強風化、弱風化泥巖可通過自然條件或預崩解處理來達到路基填筑要求，微風化泥巖一定要用破碎機予以破碎，以滿足路基施工要求；

c）應將不同風化程度、混雜在一起的泥巖予以分類或者預崩解，以達到節(jié)約和提高工程質(zhì)量的目的。

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