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紅砂巖的路基填筑技術

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淺談紅砂巖的路基修筑技術
常吉路26標     黎祜繁
內容摘要:紅砂巖廣泛存在于我國南方的廣大地區,由于材料的特殊性,以前紅砂巖多用于棄方或低等級道路的填筑,但在低等級道路填筑過程中也出現了很多質量問題,用在高速公路上特別少見。通過本人實踐積累經驗和資料查詢,現對紅砂巖的路基填筑技術發表以下淺見,希望各位專家提出寶貴意見。
關鍵詞: 高速公路   紅砂巖   崩解   活性   壓實
紅砂巖基礎知識
一、紅砂巖的定義
在我26標高速公路沿線,廣布著泥巖,泥質砂巖,砂巖,泥質或砂質頁巖等沉積類巖石,其中多數因富含鐵的氧化物而呈紅色、深紅色或褐色,開挖后,隨著時間的推移,在大氣、陽光、特別是雨水的作用下易崩解。該類巖石稱紅砂巖。
二、紅砂巖的分類
通過資料查找紅砂巖中的多數干燥后,浸水崩解或略有崩解。并且將浸水崩解或崩解的紅砂巖稱為一類巖;
浸水崩解不強烈或略有崩解的紅砂巖稱為二類巖。在同一紅砂巖料場,一類巖和二類巖互相摻雜。以一類巖為主,摻雜有少量二類巖的紅砂巖料場填料,仍按一類巖對待;同理,以二類巖為主,摻雜有少量一類巖的料場填料,仍以二類巖對待。有一些紅砂巖浸水完全不崩解,且強度高,水穩定性好,民間多年來用它作為建筑石材使用,這類紅砂巖稱為三類巖,在我標段內主要存在有一類巖和二類巖,三類巖存在很少,這給我標段的施工帶來很大困難。
三、軟硬互層
有的紅砂巖料場,一類巖和二類巖成間層分布,甚至是一類巖和浸水不崩解的紅砂巖成間層分布,這兩者都稱為紅砂巖的軟硬互層料場,簡稱軟硬互層。
四、紅砂巖路基老路病害調查
湖南省內紅砂巖區域分布較廣,故此,省內地方道路和國道,早有用紅砂巖填筑路提的先例,但多系低級公路。應用到高等級公路中來,則有近年才出現。調查中發現紅砂巖路基的常見病害,可大致歸納為:沉陷和坍二類。在湖南很多地段都出現過這樣的例子。
路基填料不良(未崩解的紅砂巖填筑),填筑方法不當,人工壓實不足,在荷載及自然因素作用下,均可能發生沉陷,便直接導致路面破壞。而易風化的紅砂巖邊坡如果設計不當或防護不良,均可造成路基邊坡的坍落。邊坍落形態多樣,按其規模和形態的不同,可以分為:剝落、碎落與墜落,以及滑坍、塌坍與崩坍等。由于紅砂巖為極易風化的崩解的沉積巖,因此用紅砂巖修筑的路基邊坡在溫度與水的共同交互作用下極易發生風化剝落的病害,如不及時處理,風化向邊坡深部發展,引起邊坡崩坍落石等病害。
五、處理紅砂巖的兩個基本原則
(一) 消除紅砂巖的活性
紅砂巖在爆破開挖出來后,受陽光,大氣特別是士雨水的作用而迅速風化崩解,由大塊狀風化崩解成碎塊關,當有雨水或浸水時,在機械作用(汽車、挖掘機)和人力作用下而成為渣泥狀,但破碎后重新組合的紅砂巖,粘結性能小,不能由渣泥狀逆轉成碎塊狀和大塊狀。這種性質稱為紅砂巖的不可逆轉性。
紅砂巖浸水崩解性的強弱和紅砂巖膨脹勢的大小,稱為紅砂巖的活性。浸水崩解愈強膨脹勢的大小,稱為紅砂巖的活性。浸水崩解愈強膨脹勢愈大的紅砂巖,其活性愈大。用來修筑路堤時,活性愈大的紅砂巖形成路基病害的可能性愈大。
六、紅沙巖的崩解處理
 1、崩解處理的目的
經崩解處理后的紅砂巖不僅活性減少,而且巖石軟化,強度降低,便于碾壓。因此,用崩解處理后的紅砂巖修筑路堤不僅可以提高工效,保證工程質量,而且可以減少甚至消除病害的發生。
2、紅砂巖填料的崩解處理方法
紅砂巖填料在料場先進行崩解處理(預處理),然后再運往工地填筑。崩解處理的具體方法如下:將爆破出來的紅砂巖填料不加遮蓋地裸露于大氣,陽光和雨水中,在這些自然因素的作用下,紅砂巖(特別是未風化的一類巖)迅速風化崩解,強度急劇降低,活性迅速消除。在崩解處理期間,晴天視氣溫情況宜每天在料場澆水一次(氣溫高),或隔天澆水一次(氣溫低),如果晴朗無雨天氣連續超過兩三天時,即應在料場澆水以加速紅砂巖的崩解和消除活性的過程。用此方法作崩解處理時,八天至十五天后(氣溫高取小值,氣溫低取大值),經崩解處理的紅砂巖填料可運往路堤填筑。一類巖和二類巖兩料場完成崩解處理,七月份需七天,1月份15天或更長些。判斷紅砂巖是否已崩解的方法:粒徑為50~70cm的大塊新解紅砂巖塊,經崩解處理若干天后,表面已出現大量裂縫并有大部分碎塊巖石崩解,以腳掌推動時,大巖塊裂成碎塊巖堆,即認為紅砂巖的崩解處理已完成。
紅砂巖施工
一、 施工設備配置
1. 60T拖式振動壓路機(羊足碾)和40T輪式壓路機各一臺。
路基路面施工中,采用專用的壓實機械進行壓實是施工的關鍵工序之一。壓實效果的好壞,直接關系到工程質量的優劣。在紅砂巖路基的施工中,應配備60T拖式振動壓路機和40T輪式振動壓路機各一臺。采用的60T拖式振動壓路機工作質量在18噸或18噸以上,激振力400KN或400kN以上,40噸輪式振動壓路機工作質量則為14T,激振力260KN。經過實驗說明,當經過崩解處理的紅砂巖松鋪厚度不大于40cm時,可以用40T輪式振動壓路機代替60T拖式振動壓路機,因此在保證工程量的基礎上更具有經濟性。
2.推土機一臺
用推土機將紅砂巖填料推平,以覆帶輾壓之,再以松土齒耙松,稱為“耙壓”。一般耙壓遍數不得少于三遍,目的在于輾碎紅砂巖大顆粒,經耙壓后,由監理工程師檢查紅砂巖最大粒徑是否滿足要求。若不滿足,應繼續耙壓。
二、紅砂巖的四大指標和施工工藝
通過紅砂巖基礎知識的學習,加深了對紅砂巖特性和活性的理解。紅砂巖施工的病害多出現填方路基中。對于紅砂巖的開挖后容易出現塌方、滑移,針對紅砂巖易崩解的活性,只要我們施工時盡快讓它少暴露在空氣與水中,加強預先防護措施和加緊后期防護,這種問題基本上可以得到解決。我在這里著重強調一下紅砂巖填筑的四大指標和施工工藝。
路基填筑過程中嚴格控制的四大指標是:
粒徑≤25cm
層厚≤40cm
壓路機≥40T
含水量8%~12%之間
a)粒徑
   紅砂巖顆粒不宜過大,這是因為未破碎的紅砂巖大顆粒,在自重和車輛的長期作用下,不均質、沉降不均,導致路面過早破壞。另外,大顆粒紅砂巖填料在經壓實了的路堤內部同樣不利于路堤的水穩定性。因此,在各碾壓層中,紅砂巖的最大粒徑d應加以控制。
b)層厚
   碾壓應該有適當的厚度。碾壓層過厚,非但下部分壓實度達不到要求,而且上面部分的壓實度也受到影響。同時碾壓層的厚度應該與所用壓路機的重量或功能相適應,他也隨壓路機的類型相適應,對于紅砂巖路基,應該采用40T至60T振動壓路機。在紅砂巖實際施工中,重要的是能符合要求密實度的有效深度,這個深度也就是每層填土的合適厚度。有效壓實深度主要與壓實機械類型、碾壓遍數、土的性質和含水量有關。
c)壓路機
   紅砂巖路基填筑施工中,采用專用的壓實機械進行壓實是施工的關鍵程序之一。壓實效果的好壞,直接關系到工程質量的好壞。所以應配備60T拖式和40T輪式振動壓路機各一臺。
d)含水量
   通過實驗,只有在最佳含水量時壓實到最大干密度的土體,在遇水飽和后其密度和強度下降的幅度最小,其水穩定性最好。含水量是影響壓實效果的決定因素,因此,我們實際施工時應把含水量控制在8%~12%之間。
施工工藝:根據實際經驗當把紅砂巖云至施工現場后,用220KW以上推土機耙壓三遍,再用60噸以上振動羊角碾和40噸以上的光輪壓路機碾壓4遍以上,即可達到要求。當紅砂巖干濕循環作用一個星期以上時,碾壓效果最好。
二、紅砂巖的主要特性
1、遇水崩解和膨脹
紅砂巖在干濕循環作用下,經過陽光,大氣特別是雨水的重復作用下,易崩解成小碎塊,體積略

有增加,膨脹率約為1~4%。崩解后的紅砂巖遇水軟化,強度下降較快(有的甚至達40%左右),此時,在機械和人力作用下易成為渣泥狀,滿載的東風車在壓實好的試驗路行走時最大可見20cm深的車轍,且這一性質不可逆轉。
2、高吸水性,透水性與難蒸發性
      一旦紅砂巖崩解或碾壓成細粒狀,其吸水性較強,很快達到飽和狀態;壓實度雖能達到要求,但仍具有較大的孔隙率,實測達0.1~0.3左右,因此其透水性相對較強,90區的檢測表明:最大透水深度可達20~30cm;吸水或飽水后的紅砂巖,強光,風作用下水分蒸發慢,表層10cm一般要一天左右才蒸發完,但蒸發卻較為徹底,且行車作用下易揚塵。
 3低粘解性
    破碎后重新組合的紅砂巖,粘結性能小,易松散,作壓實度檢測時,很難取得塊狀樣品,這說明紅砂巖路基的整體性或板快性較差,強度具有不可逆轉性;
 4、易風化性 
    一旦外力作用下破壞,那么在大氣、陽光、雨水的影響下,紅砂巖極易風化。若遇水,則不僅僅是軟化,更是加速了這種風化過程,倘經過幾次干濕循環作用,紅砂巖易風化破碎,利于壓實。
 5不均勻沉降
     由于粒徑難以100%的控制且不均勻,加上紅砂。巖及易風化及遇水軟化,紅砂巖路基易出現較大的不均勻沉降。

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