一種特殊巖層路基施工和邊坡穩(wěn)定研究

何勁

摘要：首先介紹紅砂巖的特性及物理指標。利用其遇水易分解的特點，解決了施工中塊徑大的困難。利用毛細水作用原理，探明了紅砂巖膠結機理問題，對紅砂巖邊坡穩(wěn)定提出了處理方法。

關鍵詞：紅砂巖;路基;施工工藝

紅砂巖路基施工，在國內高等級公路中還沒有一套完善的施工工藝、施工規(guī)范可循。根據(jù)某紅砂巖地區(qū)的施工經(jīng)驗及大量的試驗數(shù)據(jù)，對紅砂巖路基的施工工藝及保證措施進行了探討。

1紅砂巖的特性及物理指標

泥巖、泥質砂巖、砂質泥巖、砂巖及泥質或砂質頁巖等沉積巖，因其富含鐵的氧化物而呈紅色、深紅色或褐色，此類巖石統(tǒng)稱為紅砂巖，它受其所處的地域、裸露狀況、覆蓋厚度及剖面裂紋、朝陽面等諸多因素影響，其風化深度、巖體內含水量等均有較大差異，為此將施工中遇到的紅砂巖劃分為完全風化和未完全風化兩大類。由此產(chǎn)生出不同的施工手段及機械配置。

對某工程紅砂巖進行構成成分分析，能得出風化速度、膠結成分等，這對指導施工起到了關鍵性的作用。如：從紅砂巖中無硅、鋁含量可斷定此類巖石是靠擠壓形成真空密實，并非擠壓膠結所形成，這樣在施工中就很容易知道，無論壓實度達到多高，填筑用紅砂巖材料僅僅通過壓實而擠密實，永遠不可能通過壓實而形成整體板塊。因此在紅砂巖填筑段一定要注意地下水及周邊水的浸蝕。因為末被碾壓成粉狀的紅砂巖顆粒仍占填筑數(shù)量的75%左右，它們在水分子的作用下仍會崩解、溶蝕，直接危害路堤的使用安全。表l為該工程K111+350～K119+050.677段的紅砂巖物理指標值。

2紅砂巖路基施工

紅砂巖路基施工主要的問題在于如何保證路基的穩(wěn)定性，而影響紅砂巖路基穩(wěn)定的主要因素就是水和填筑材料的粒徑，因為紅砂巖遇水極易崩解，顆粒越大，崩解后產(chǎn)生的影響就越大。高速公路通過的填方段一般都是在農(nóng)田及低洼地區(qū)，所以填筑施工前一定要將路基邊溝開挖成型。既有利于排水、降低水位，又有利于劃分施工邊界。排除漬水的填方路段，應及時將地表植物或淤泥清除掉，這樣做的目的是保證回填材料與基礎間有一個牢固的接觸而不是“夾層”。清淤后要經(jīng)過一定時間的晾曬，使表面水分蒸發(fā)，提高地基承載力。一般填方段地基壓實度必須達到90%或通過觸探儀來檢測承載力滿足100MPa方可，否則必須進行填前碾壓或換填及拋石等其它方式達到提高地基承載力。

當?shù)鼗休d力滿足設計要求時可進行路基填筑，每層松鋪厚度不得大于40cm，但第一層回填時填筑厚度必須大于50cm，主要是考慮到在強力碾壓下，回填材料由于強度大于地基表面材料強度會嵌入到地基土中。

在第一、二層回填中，為了避免地基層的軟弱部分反射到路基中形成軟彈，碾壓遍數(shù)要嚴格控制，更不允許壓路機原地起振。若在施工中發(fā)現(xiàn)下腹軟彈已反射到路基層中來，應當及時處理，如換填或采用碎石隔離層等。

紅砂巖路基施工中，由于回填材料以風化、半風化紅砂巖為主，其顆粒均在5-25cm范圍內，所以對碾壓機具就有更高的要求。在施工中發(fā)現(xiàn)經(jīng)重型推土機推平及光輪壓路機強壓后，雖然獨檢壓實度極容易達到質量要求，但其可靠性太差，原因是在紅砂巖施工中壓實度的檢測均是采用灌砂法、水袋法及核子儀等常用手法來進行相互校正，而忽視了由于紅砂巖經(jīng)碾壓后大于5mm的顆粒仍占每層填方量的85%左右，所以檢測手段不適當。

如果每次檢測都采用彎沉儀檢測既不現(xiàn)實又影響進度，所以為了保證壓實效果，有效的施工方法是：按每層控制厚度卸料，然后利用重型推土機（D85）進行整平，并依靠其自重及履帶輪進行初次碾壓，然后透灑一遍水，待經(jīng)過一定時間的滲透后再用YZT-18（50t）振動羊足碾來回拖壓兩遍，再用平地機按從中到邊的方式精平一遍，最后用Y2-16（40t）光輪壓機按操作方法來回振壓兩遍;這樣一層回填過程就基本完成了。

為什么要用大噸位羊足碾進行破碎碾壓呢？在施工抽檢中發(fā)現(xiàn)使用過羊足碾的回填層中，粒徑為0.1mm的顆粒從原來占總填方量秘15%左右提高到45%左右。這是因為灑水悶料提高了微小顆粒含量，對提高壓實效果起了很好的作用。

在紅砂巖路基施工中，由于層層整平，推土機不斷地將塊徑大的巖石都推到邊坡下，使得路基邊坡顯得非常松散，用人工清理、改炮等方按都不實惠。經(jīng)過一段時間的摸索，利用紅砂巖溫水極易崩解的特性，有意向邊坡上透灑水，使那些滾落到邊坡上的巖石塊人工加速風化;一般灑水后在25℃氣溫下，一個月左右40cm石塊基本都可崩解為3cm左右的小巖石塊，然后人工整坡，再灑水風解，再整坡。這樣基本上保證了每填筑2m修整邊坡一次的要求，從竣工路基外形來看，此方法是可行的。

3毛細水作用在紅砂巖路基施工中的利用

毛細水的上升速度與土壤的壓實程度、地下水位及土顆粒大小有關，而毛細水的作用一般對路基來說可忽略不計，因它在凸起的路基中上升高度及擴散作用都是有限的，且密實的枯土、亞粘土等填筑材料又限制了毛細水的作用及危害。但是在紅砂巖地區(qū)路基施工中，情況卻大不一樣。施工技術規(guī)范中，嚴禁在紅砂巖施工中為控制含水量而灑水，其目的是阻止承包人利用灑水促進紅砂巖風化而降低巖石強度達到碾碎效果。在底基層施工中，因農(nóng)田含水量較高，地基承載力較低（一般設計清淤厚度在30cm的農(nóng)田“荷蘭錘”都只有3-8下，換算后地基承載力為20-80KPa），為保證填筑效果，防止地基軟彈反射到路基中來，一般采取50cm的換填處理。此時對紅砂巖填料的粒徑控制為：塊徑為50cm占10%，塊徑為25cm占50%，塊徑小于25cm占40%，通過重型設備的推平、碾壓，經(jīng)抽查塊徑小于25cm的填料最終比例占底基層填料的80%，這樣紅砂巖填料粒徑滿足了要求，而且紅砂巖作為填筑材料，當其粒徑在5-15cm之間時，可視為路基隔水層，阻止地下水對路基的危害。因此只要控制好紅砂巖的粒徑，則紅砂巖的路基填筑就不成問題了。

施工段的紅砂巖富含鐵而不含鋁成分、因此，紅砂巖填筑路基中成型的主要方式是擠密嵌固，而不是膠結，通過對碾壓成型后填方段的隨機抽樣發(fā)現(xiàn)，粒徑2.5-1mm的占總抽樣的80%左右（見表2），如果含水量在5%左右時，抽樣發(fā)現(xiàn)填筑厚度中的填筑材料幾乎是松散狀（施工時檢驗表中記錄的含水量均在15%-25%）。

紅砂巖的分類是通過單軸抗壓強度來衡量的，共分為三類：I類：單軸抗壓強度小于15MPa;Ⅱ類：單軸抗壓強度等于15MPa;Ⅲ類：單軸抗壓強度大干15MPa。由于一般單位沒有巖石切割機，根據(jù)紅砂巖崩解特性，提出了一個簡易劃分紅砂巖強度分類方法即浸泡法：I類：浸泡后完全崩解;Ⅱ類：浸泡后部分崩解;Ⅲ類：浸泡后完全不崩解。

根據(jù)分類要求，做了大量的紅砂巖分類對比，主要是想通過試驗確定紅砂巖的強度類型，了解它在路基填筑條件下的物理特性。如：吸水性、膠結程度、無氧狀況下風化速度、遇水崩解效果等（單軸抗壓測試見表3）。

由于紅砂巖強度較高，施工過程中通過反復地整平、碾壓，成型時所造成的小顆粒一般強度都是很高的。但是其自身是不可能與同類材料進行膠結的。如何來解決紅矽巖路基填料之間的膠結問題呢？通過施工實踐、試驗、摸索，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過下雨透濕后的路基，再經(jīng)過重型碾壓設備壓實，其成型較為理想，由于雨水滲透作用使不易碾碎的小顆粒紅砂巖表面細小塵粒剝落填充到紅砂巖顆粒嵌固間隙中，在表面滲透水的作用下，使路基紅砂巖填筑材料間不斷致密，又阻止了水分的蒸發(fā)。經(jīng)過一段時間，地表滲透水漸漸均勻，此時，滲透水與地下毛細水上升水頭相連，又加速了毛細水的上升。從填方段隨機挖坑抽檢，發(fā)現(xiàn)只要是毛細水作用到的填筑范圍內，紅砂巖顆粒都比較小，且壓實度較高。挖坑側面觀測整體性較好，膠結效果明顯。如果開挖后毛細水作用高度不夠（如顆粒過大產(chǎn)生的隔水作用），則此處雖然壓實度檢測達到設計要求，但紅砂巖顆粒間都是松散結構，不利于路基成型后的使用。

由于毛細水作用對紅砂巖顆粒有真空吸附膠結作用的原理，對施工起了很大的幫助，經(jīng)過試驗后，我們在施工中采用灑水車透灑法，即：紅砂巖填料運到施工現(xiàn)場卸車、推平，然后用灑水車透灑兩遍水，待表面風干后，再用40t光輪壓路機振壓封面，人工制造滲透水，加速毛細水上升作用，達到了很好的使用效果。

經(jīng)過一段時間（200d左右），我們對以前較大塊徑紅砂巖境筑路基底部地段也進行了挖坑檢查，發(fā)現(xiàn)在毛細水的上升力及填筑塊狀間少量空隙中湖濕空氣作用下，使得絕大部分紅砂巖塊石都發(fā)生了不同程度的崩解，崩解后的小顆粒又起到了填充嵌固空隙作用。更加完善了毛細水上升作用的條件，當然若用過多、過大紅砂巖作填充路基材料，其崩解所產(chǎn)生負效應必將成為路基病害，故在施工中萬萬不可取。

4紅砂巖路塹邊坡穩(wěn)定問題及處理

對紅砂巖地段路塹邊坡穩(wěn)定問題一般可采取以下幾種方式來處理：（1）加大邊坡率：一般在石方路塹設計中，其路塹邊坡率取值在0.5-0.75之間，紅砂巖路塹因紅砂巖遇水易崩解及巖石產(chǎn)狀與路線相關的原因，所以仍按1：（0.5-0.75）是不可取的。在施工中也發(fā)現(xiàn)由于邊坡率過陡而發(fā)生塌方，并破壞了整條施工帶邊坡穩(wěn)定的現(xiàn)象。具體的辦法是加大路塹邊坡率，使其在失穩(wěn)前就將得到控制，加大取值范圍在1-2之間。（2）坡面保護：加大邊坡率后，極易發(fā)現(xiàn)其表面積增大，在南方潮濕多雨地區(qū)，匯水面積大，對紅砂巖來說并不是一件好事，根據(jù)其特性使用一段時間后仍會發(fā)生更大破壞，有效的防治就是采取坡面保護，如：噴漿、掛網(wǎng)錨噴混激土、鋼筋混凝土骨架等措施。在施工過程中由于這類保護措施不是在施工前提出的，而是在土方施工基本完成后提出，所以失去了同步施工的條件，因而在輔助實施上工程量較大，且難度也較大。（3）上擋護面：這也是坡面保護的一種，但考慮了紅砂巖滲水作用會失穩(wěn)，所以在屬紅砂巖地段統(tǒng)一采取漿砌2-4m不等高片石擋土墻，并可根據(jù)不同地勢及段落采取不同形式的鑲面裝飾，可以起到很好的美化作用。對上外露部分采用嵌6方預制塊和植草，根據(jù)平均高度及行車速度，6方塊的邊長應在25-30cm內選取，太小或太大都將影響視覺效果。