紅砂巖地帶路基施工技術

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一、前言

　　我國南部省區(qū)廣泛分布紅砂巖這種巖體。湖南省(湘)潭衡(陽西)高速公路第十二合同段位于衡陽市境內,標段全長10.396km,路基土石方400多萬方,挖填數(shù)量較大,是本標段控制工期。合同段紅砂巖分布較普遍,這類巖石具有遇水崩解和膨脹,高吸水性、透水性與難蒸發(fā)性、低粘結性、易風化性和不均勻沉降等不良特性。去年在常德至吉首高速公路C10標路基施工中初識紅砂巖,發(fā)現(xiàn)其爆破施工較難、填筑較難、質量難以控制。今年潭衡高速公路第十二合同段又遇紅砂巖,且地段較長數(shù)量較大,不得不重新把紅砂巖的施工擺在更高的位置來加以認識,研究如何充分利用紅砂巖修筑路堤、避免換土,如何解決紅砂巖施工難題,從而切實解決相關難題,指導和配合工程的施工。

　　二、對紅砂巖的有關認識

　　概念:南方廣泛分布的泥巖、砂質泥巖、泥質砂巖、砂巖及頁巖等沉積巖類巖石,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。紅砂巖主要呈粒狀碎屑結構和泥狀膠結結構兩種典型結構形式,因膠結物質和風化程度的差異,其強度的變化大。多數(shù)紅砂巖在挖掘或爆破出來后,受大氣、陽光、特別是雨水的作用下可崩解破碎甚至泥化,其巖塊的大小及顆粒級配將隨干濕循環(huán)的時間過程而變化,其物理力學性質也將產(chǎn)生變化。

　　分類:紅砂巖按強度和崩解特性劃分為如下三種類型:

　　一類紅砂巖,巖塊天然單軸抗壓強度小于15Mpa,在105℃溫度下烘干后浸水24小時內,呈現(xiàn)渣狀、泥狀或粒狀崩解;

　　二類紅砂巖,巖塊天然單軸抗壓強度小于15Mpa或稍大于15Mpa,在105℃溫度下烘干后浸水24小時內,浸水崩解不強烈或略呈塊狀崩解;

　　三類紅砂巖,巖塊天然單軸抗壓強度大于15Mpa,浸水完全不崩解,且強度高,水穩(wěn)定性好,特性與普通砂巖無區(qū)別,民間多年來用它作為建筑石材使用。一般工程中主要存在的是一類巖和二類巖,三類巖存在很少,這給施工帶來很大困難。

　　處理紅砂巖的兩個基本原則

　　消除紅砂巖的活性。紅砂巖在爆破開挖出來后,受陽光、大氣特別是雨水的作用而迅速風化崩解,由大塊狀風化崩解成碎塊狀,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,這種性質即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。

　　紅沙巖的崩解處理。經(jīng)崩解處理后的紅砂巖不僅活性減少,而且?guī)r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(fā)生。崩解處理方法如下: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(xù)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(jīng)崩解處理的紅砂巖填料可運往路堤填筑。

　　三、紅砂巖路基填筑施工

　　常用機械設備配備。平地機PYl80,振動壓路機YZl8B,羊角碾 YZTK18,灑水車8t,推土機 D85,挖掘機1m3。

　　路基填筑施工工藝。紅砂巖的填筑工藝以“預崩解-耙壓-壓實”程序為核心。

　　填前碾壓:路堤填筑前要進行填前碾壓,即改造地形、清除表土及地面附著物,并將原地面碾壓至要求的密實度。

　　耙壓、整平:填料運到填方段后,卸料后采用220馬力以上的三齒推土機、勾松,“耙壓”遍數(shù)應不少于三遍,未經(jīng)料場崩解處理的紅砂巖至填方路段后,相應的“耙壓”遍數(shù)應增加一倍。

　　碾壓:推土機耙壓后,90區(qū)采用50t以上羊角碾振壓3～5遍,93區(qū)采用50t以上羊角碾振壓3～5遍,行駛速度均控制在2～3km/h,基本可以保證巖石粒徑控制在25cm以內。施工中要嚴格控制最大粒徑和每層松鋪厚度,經(jīng)耙壓后的填料最大粒徑不得大于25厘米,每層松鋪厚度不大于40厘米。平地機的整平方法是由兩側開始向路中推進,如此往返三次,一般就可達到規(guī)定的粒徑要求。

　　含水量控制:紅砂巖填料碾壓前含水量應控制在最佳含水量±1%范圍。對完成路段采用灌砂法進行壓實度檢測,含水量用灑精燃燒法或烘干法測試。施工中路拱橫坡采用4%。遇雨或雨后,施工表面不干時,不得開放交通,雨后進行施工,下層填方須重新壓實,符合要求,方可施工。在下一層填筑前,將己完工的路基用羊角碾重新振壓一遍,形成凹凸面,以保證上下層面間的聯(lián)結。

　　壓實質量控制:紅砂巖路基壓實度試驗檢測比較困難,考慮到施工中的技術要求及實際情況,可采用壓實度試驗與外觀檢查對比的方法,同時采用壓實沉降差作為參考值:①灌砂法檢測壓實度時如遇到大石塊,則此試驗點位棄置不用,重新選點試驗。②外觀檢查:要求表面平整密實,無空隙、松石、坑洼及大的石塊存在,50t以上壓路機振壓后無明顯輪跡。③壓實沉降差法:在路基上用隨機取樣的方法布設觀測點,測其高程,然后再用拖式50t壓路機加振一遍觀測其高程計算出沉降量。

　　紅砂巖路塹上路床0-30厘米范圍內換填適宜填料時不能用紅砂巖,其路床底部30-80厘米必須為新鮮巖面,且0-30厘米范圍內使用CBR值不小于8%密實性好的路基填料封面,以避免大氣雨水對紅砂巖的侵蝕,降低基底的承載力。

　　紅砂巖的爆破施工

　　爆破方式選取的原則:①首先根據(jù)石方集中的程度來考慮爆破方法,其次根據(jù)地形的變化,路基設計橫斷面的形狀以及地質條件所能允許的爆破規(guī)模,進行全面規(guī)劃,從石方集中的地方開始選炮位做爆破準備。②充分利用巖石的崩塌作用,從路基面開挖創(chuàng)造階梯。③綜合利用小炮群,分段分批爆破。④由于紅砂巖為軟巖石路基材料,考慮到工程地質和水文地質情況,在開挖中,以小型松動爆破為主。對石質挖方邊坡采用小炮爆破,對風化嚴重節(jié)理發(fā)育的巖層宜采用小炮微差爆破。

　　爆破技術方案。爆破方法可采用松動爆破、微差爆破和光面爆破和預裂爆破等幾種類型。炮眼按其深度,采用手持風鉆或潛孔鉆鉆孔,炮眼布置在整體爆破時采用“梅花型”或“方格型”。石方爆破的關鍵是保證出渣的片石小于25×25cm,用作填料的一、二類紅砂巖爆破宜采用小型及松動爆破,炮眼孔距與深度可通過爆破試驗確定,一般孔距與孔深不宜大于2米,不作填料的不受限制。起爆破器材采用毫秒微差電雷管導爆索起爆系統(tǒng),炸藥用量0.40～0.50kg/m3。

　　施工工藝:根據(jù)斷面高度和超深確定鉆孔深度。一次鉆好豎、斜向孔,分兩次引爆,即路塹爆破和光面爆破。路塹爆破后不必清渣,馬上就進行光面爆破,這樣可以用推土機配合裝載機和自卸汽車進行石方施工,或者用挖掘機配合自卸車進行清渣。

　　四、紅砂巖路基病害的防治對策

　　對于接近飽和的松軟土地基,可采取預壓排水、擠密加固或其他軟基處理措施,并分析地基在設計路堤荷載作用下的沉降量,確保工后沉降不超過允許值;當松軟土厚度不大時(一般以3米為界限),可采取挖土換填措施。

　　對于非飽和的松散土地基,當厚度不大時,可采用重型壓路機壓實處理措施,若厚度較大時,可采取強夯加固措施。

　　在高填方路段,要對地基的承載力和沉降量進行驗算分析,必要時采取加固措施。

　　對于低洼易積水地段,在地基一定厚度范圍內要采用水穩(wěn)定性良好的填料填筑,清除積水,截斷水源。

　　對于路基兩側的高邊坡,需要進行穩(wěn)定性分析驗算,一般要采取邊坡防護和排水防治措施。

　　對于遠離構造物的局部路段,若路基沉陷是因雨水滲入路基表層土中導致的,要對沉陷部位開挖進行處理,若是因路基填土壓實質量差所致,應考慮采用注漿或擠密處理措施。

　　在紅砂巖路基施工和營運期間要加強排水和隔水措施,確保排水通道暢通,路基表面無積水。