淺談紅砂巖路基處置措施

(西安工業(yè)大學(xué) 陜西 西安 710021)

雖紅砂巖固有不利路用特性，若直接丟棄施工開挖過程中產(chǎn)出的紅砂巖，而用其它材料換填，則將顯著提高工程造價(jià)并對周邊的環(huán)境造成較大污染，尤其在交通不便的山區(qū)地帶，這也使得對紅砂巖路基的處置措施成為了當(dāng)前急需研究的問題。

一、紅砂巖的概念

紅砂巖在我國的分布約占全國陸地總面積的 8.61%，是我國高速公路工程建設(shè)經(jīng)常遇到的一類特殊巖土體。紅砂巖主要呈粒狀碎屑結(jié)構(gòu)和泥狀膠結(jié)結(jié)構(gòu)兩種典型結(jié)構(gòu)形式，因膠結(jié)物質(zhì)和風(fēng)化程度的差異，其強(qiáng)度的變化很大。紅砂巖因含有豐富的氧化物呈紅色、深紅色或褐色，這類巖石統(tǒng)稱為紅砂巖。

二、紅砂巖分類

在現(xiàn)階段的實(shí)際工程中，按強(qiáng)度和崩解將性可將紅砂巖劃分為以下三類：

I類紅渺巖：該類紅砂巖的單軸極限抗壓強(qiáng)度一般低于15MPa，水穩(wěn)定性與強(qiáng)度穩(wěn)定性均較差，因其粘土礦物中親水性礦物的含量較高，故其在遇水之后會(huì)產(chǎn)生較大的膨脹，平均膨脹率高達(dá)40%以上，待水分流失干燥后，該類紅砂巖會(huì)呈現(xiàn)泥狀或者渣狀崩解，抗剪強(qiáng)度急劇下降；

II類紅砂巖：該類紅砂巖具有一些碎屑巖類的特征，單軸極限抗壓強(qiáng)度略高，水穩(wěn)定性與強(qiáng)度穩(wěn)定性相對較好，經(jīng)干濕循環(huán)之后，仍會(huì)崩解，崩解之后大多呈現(xiàn)塊狀，抗剪強(qiáng)度下降的程度相對較低，該類巖遇水之后的膨脹率平均值為17.8%，不具有膨脹性；

III類紅砂巖：該類紅砂巖是強(qiáng)度最高的紅砂巖，其單軸極限抗壓強(qiáng)度可高達(dá)70MPa，民間常用其作為建筑石材，其在干濕循環(huán)作用下基本不崩解，性質(zhì)與尚未風(fēng)化的砂巖較為接近，各類物理化學(xué)指標(biāo)均能達(dá)到路基填筑的要求。

三、紅砂巖的一般工程特性分析

(一)軟化性

水分在紅砂巖巖體中的擴(kuò)散與吸水率、吸水作用力,體積變形及巖體內(nèi)部應(yīng)力場等都是耦合的。突出表現(xiàn)在巖體的彈性模量和屈服極限都發(fā)生降低變化,而泊松比則有所上升。

(二)崩解性

伊利石是較強(qiáng)親水礦物,在水的作用下易膨脹、失水易崩解。即親水性強(qiáng)的蒙脫石和伊利石的高含量是導(dǎo)致紅層軟巖的水穩(wěn)定性差,極易崩解、軟化的主要原因。因此,紅層軟巖的主要礦物成分中蒙脫石與伊利石的含量決定了紅層軟巖的崩解特性。

(三)膨脹性

紅砂巖的膨脹性是顆粒的機(jī)械膨脹和顆粒晶體體積吸水增大的綜合體現(xiàn)，其崩解過程是一個(gè)在水介質(zhì)參與下，由粘土礦物失水、吸水以及膠結(jié)物溶解引起的微觀結(jié)構(gòu)變化向宏觀整體碎裂破壞變化的發(fā)展過程。

四、紅砂巖路基處置措施

在紅砂巖路基填筑中,可將紅砂巖全部或大部分轉(zhuǎn)變成紅砂土,消除其活性,再通過摻料、壓實(shí)和隔斷外界水分等措施,形成密實(shí)的不透水路堤。在實(shí)踐中,重點(diǎn)從填筑材料、密實(shí)和密水等方面進(jìn)行控制。

本文將目前工程中常采用的一些紅砂巖路基處置措施介紹如下：

(一)水是觸發(fā)紅砂巖路基病害的主要外因，膨脹性及易崩解性是內(nèi)因，在設(shè)計(jì)及施工過程中必須解決好隔水、排水措施，增加密實(shí)度，盡可能保證紅砂巖填料處于相對封閉狀態(tài)，抑制殘余水活性的發(fā)揮。

故紅砂巖填料路基的排水設(shè)計(jì)

1.紅砂巖路基邊溝斷面可適度增深增寬，加速地表水的排泄，減輕水下滲對填筑層的影響。

2.加大坡面排水力度，一般在砼拱型骨架護(hù)坡的骨架中設(shè)置了積水溝，快速疏散坡面積水。

3.多雨地區(qū)、山嶺和丘陵地區(qū)路基排水需設(shè)置截水溝，用以攔截路基上方流向路基的地面水，減輕邊溝的水流負(fù)擔(dān)，保護(hù)填方坡腳不受流水沖刷和損害。

(二)設(shè)計(jì)方面，采用縮小坡面積水和提高橫坡坡度等疏導(dǎo)措施，加快地表水的排泄；采用外層包邊和增大壓實(shí)能量等隔堵措施，降低壓實(shí)土體的滲透性，減少地表水的入滲；從疏、堵兩個(gè)角度保證紅砂巖路基填料的長期穩(wěn)定性。

(三)施工質(zhì)量控制方面，以存在大量的崩解性紅砂巖為例說明，采用傳統(tǒng)的壓實(shí)設(shè)備和施工工藝，壓實(shí)后路基沉降量大，水穩(wěn)定性差，無法滿足高速公路施工規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，而采用預(yù)崩解、換填和摻料方式處理則無法滿足工期和成本需要。因此，需控制好紅砂巖填料的含水率，通過適當(dāng)?shù)牟煌瑖嵨坏臋C(jī)械配置和工藝組合進(jìn)行施工，破碎、擠密、振壓、沖擊補(bǔ)強(qiáng)，使碾壓層中的大部分紅砂巖填料滿足壓實(shí)度要求，形成密實(shí)不透水的紅砂巖壓實(shí)體。

在紅砂巖耙壓控制階段， 首先需要運(yùn)輸崩解后的紅砂巖到施工現(xiàn)場，借助外力作用將粒徑降低，從而減小巖體活性。在紅砂巖耙平、整平后，運(yùn)輸?shù)教罘蕉?，在卸料完成后借助超過 220馬力的三齒推土機(jī)以及勾松進(jìn)行耙壓， 施工次數(shù)應(yīng)高于3 次，針對于沒有經(jīng)過料場崩解的紅砂巖，需要在運(yùn)輸至填方路段后，增加一倍的耙壓次數(shù)[1]。

五、結(jié)束語

由于紅砂巖分布具有時(shí)空性，不同區(qū)域的紅砂巖性質(zhì)各異，已有的工程經(jīng)驗(yàn)并不適用于每一個(gè)紅砂巖分布區(qū)域的工程建設(shè)，需針對實(shí)際特定工況開展特定研究，這樣才能更好地達(dá)到預(yù)期的效果，來滿足日益增長的工程需要。另外，紅砂巖路基處置措施應(yīng)該要滿足穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求，強(qiáng)夯、機(jī)密、預(yù)壓改變土的密度、性能，但同時(shí)在倡導(dǎo)和諧社會(huì)的今天，我們在方法選取上應(yīng)該更加注重生態(tài)和環(huán)境的保護(hù)。