瀏醴高速公路紅砂巖路用工程性質試驗研究★

周強科 陳 博 周晗晗

(1.湖南省瀏醴高速公路建設開發有限公司，湖南長沙 410329;2.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙 410004)

1 概述

紅砂巖是湖南常見特殊土質，也是出現地質災害比較嚴重的區域之一，它的軟化系數均比較低，浸水崩解。紅砂巖的這種特殊工程性質，使得工程上常常發生問題，而又得不到妥善的解決，這類事件在國外也時有發生。湖南省的紅砂巖跟其他地區的紅砂巖成分不一樣，主要為紅色的粉砂質泥質巖、泥質粉砂巖等，易風化，易分解，結構松散，當巖層處于順層坡，更易產生滑坡、崩塌等情況。由于紅砂巖在湖南分布較廣，湖南幾乎所有干線高速公路都會通過紅砂巖地區。本次工程瀏醴高速K10+218～K10+318的路塹邊坡，我們采用了柔性支護，可以直接采用紅砂巖填筑。若紅砂巖材料直接用于高等級公路路基的填筑，施工工藝、工程性質將是我們面臨的主要問題，并在填筑以后的路用性能及在荷載下的變形規律也將成為以后的研究方向。

在瀏醴高速K10+218～K10+318中的路塹邊坡，本來也是使用的紅砂巖直接填筑的拱形骨架防護，在施工后不久，遇到了降水，而出現了坍塌，并越來越嚴重。而在湖南省其他地區，紅砂巖路段存在大量工程問題，如橋頭跳車，路基沉降，路面開裂等一系列問題。而在中國其他省市的紅砂巖地區的調查中同樣也出現了這類問題，甚至在國外都屢見不鮮，說明紅砂巖在目前來說對于直接填筑還存在一些不足，并對公路的使用造成很大的損害。

為此，依托湖南省瀏陽(黃泥界)至醴陵高速公路工程1～4合同段的實體工程，對于其成分組成、物理性質展開了試驗，以掌握瀏醴高速紅砂巖的工程特性;通過擊實試驗、CBR試驗等，并進行了路塹邊坡的柔性支護現場施工，確定了紅砂巖的各項技術參數，為紅砂巖的設計與施工提供了參考，并提出了適用于瀏醴高速路塹邊坡的施工工藝。

2 紅砂巖的土質特征

通過研究表明紅砂巖多數浸水崩解或略有崩解。按照這類特性把紅砂巖分成了三類:一類巖:紅砂巖浸水崩解或崩解強;二類巖:紅砂巖浸水略有崩解或崩解不強。而對于同一紅砂巖料場，把一類巖和二類巖混合使用，這時候就看填料以哪類巖為主，就算哪類巖對待;三類巖:紅砂巖浸水完全不崩解，且水穩定性好，強度高，在民間多數用來作為建筑石材使用。

瀏醴高速在瀏湘盆地北部，屬于白堊紀沉積地層，其巖性主要為泥質粉砂巖、石英砂巖及砂巖等。瀏醴高速的紅砂巖成分又與湖南省其他地區的紅砂巖不同。一般的紅砂巖會含有一定量粘土礦物質。而瀏醴高速的紅砂巖就幾乎不含任何粘土礦物，所以它的強度較高，強度分布區間為12 MPa～30 MPa，為軟質巖。

3 紅砂巖的礦物成分及物理性質

本次試樣分別為建瀏醴高速公路K2+900，K11+600，K12+100，K14+600樁號的4種不同類型的白堊系及下元古界(板溪群)紅砂巖，樣品依次編號為 6197，6198，6199，6200。為方便描述，將使用L1～L4代替。試樣都是采自原狀巖土樣品，密封保水送由中國科學院地質與地球研究所和北京中地務實地質工程技術有限責任公司對其物理指標及礦物化學成分進行測試分析。其全巖礦物與粘土礦物分析結果見表1。

表1 湖南省瀏醴路紅色風化巖全巖礦物與粘土礦物定量分析結果

表2 湖南省瀏醴高速路紅色風化巖分析測試結果

四種樣品全巖礦物除L4外，90%以上都是由石英和粘土礦物兩種組成。通過對原狀樣的測試，其天然含水率依次為4.48%，28.73%，21.42%，6.63%，對應容重依次為 1.97，1.89，1.91，2.26。巖塊干燥飽和吸水率 L2最高為 43%，L4最低為5.7%。L1為粉紅色節理化風化泥板巖，錘擊易碎，浸水后軟化但不破壞;L2赤紅色，質軟，手掰可碎，局部見微層理、節理，浸水后崩解物為泥膏狀;L3碎塊狀充填泥質物，偶見層理，可掰碎，浸水軟化呈碎屑狀。四種土的蒙脫石含量差異很大，最小的僅為L1的0.97%，最高的L3達13.8%，L2居中為7.4%。其中L2，L3具有弱(中)膨脹勢，L1具微膨脹勢，L4不具膨脹勢。軟硬度最高的是 L4，為30 MPa～40 MPa，L2，L3 最小僅為1 MPa～5 MPa。通過崩解試驗獲得四種樣品的崩解耐久性，L1，L4的耐久性高，而L2，L3的崩解耐久性低。L1，L4膠結程度為中等膠結，L2，L3膠結程度為弱膠結(見表2)。

4 紅砂巖的工程力學性質

為了解、評定湖南瀏醴高速紅砂巖的力學工程性質，我們對樣品L1，L4進行了擊數為98的重型擊實試驗及常規CBR試驗，獲得了該兩種樣品的最佳干密度、最佳含水率以及對應最大干密度的CBR值(見圖1，圖2)。由試驗得L1的最大干密度為1.94 g/cm3，最佳含水率為11.6%，而赤紅色的樣品L4的最大干密度為2.20 g/cm3，最佳含水率為9.0%。

而L1的膨脹率較 L4的0.06%高出多達57倍，為3.44%。兩組試件泡水4 d后CBR試驗得出:L1樣品貫入量為2.5 mm的CBR 值為(3.5%+3.7%+3.7%)/3=3.6%，貫入量為 5 mm 時CBR平均值為6.3%;L4的強度較L1稍高，分別為6.0%，13.3%。從圖1，圖2試驗結果來看，兩種土基本滿足路塹填筑要求。

圖1 L1樣品的擊實試驗

5 結語

通過室內試驗，對瀏醴高速紅砂巖的工程性質進行了研究，得到了以下幾點認識:

圖2 L4樣品的擊實試驗

1)紅粘土干燥后，遇水易崩解或略有崩解。

2)通過擊實試驗確定其最大干密度和最佳含水量，能有利的指導路塹邊坡的填筑施工。

3)通過室內CBR試驗得出2種土質都能基本滿足路塹填筑要求。

［1］張劍鋒，岳國生.紅砂巖修筑漿砌石壩的巖土工程研究［J］.上海地質，1989，30(2)：1-5.

［2］JTJ 051-93，公路土試驗規程［S］.

［3］鄧靚宇，趙明華.高速公路紅砂巖路基修筑技術［M］.北京：外文出版社，2002：80-83.

［4］劉林芽，高柏松.紅砂巖工程特性的試驗研究［J］.鐵道建筑，2007(9)：44-46.