不同風(fēng)化程度泥巖填料崩解特性試驗(yàn)分析

陳發(fā)根，劉 凱，段海澎，謝 添

（1.安徽省交通投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230088；2.合肥工業(yè)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；3.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院工程測(cè)試中心，安徽 合肥 230088）

0 引言

泥巖開(kāi)挖時(shí)具有較強(qiáng)硬度，經(jīng)過(guò)風(fēng)、陽(yáng)光和水作用后，極易產(chǎn)生風(fēng)化、崩解和軟化等現(xiàn)象。為保持填挖平衡，降低遠(yuǎn)距調(diào)運(yùn)和工程造價(jià)，縮短工期，高速公路不得不采用性能尚可的泥巖，或?qū)⒛鄮r改良后作為路基填料。北沿江高速公路馬鞍山至巢湖段位于安徽省長(zhǎng)江北岸江淮丘陵地形區(qū)，沿線分布的軟巖、軟淤泥較多，馬巢高速K12～K27段泥巖與砂巖、礫巖等巖層交互發(fā)育，K27～K35段普遍發(fā)育泥巖，且泥巖占路基挖方的比重較大，如將泥巖大量棄掉，遠(yuǎn)距離調(diào)運(yùn)土方、填挖平衡，工程造價(jià)和棄土面積等因素將嚴(yán)重影響公路建設(shè)。國(guó)內(nèi)外針對(duì)泥巖填料物理性能［1-2］、泥巖強(qiáng)度參數(shù)［3］、水穩(wěn)定性（遇水軟化）［4-5］、施工工藝［6-7］等方面開(kāi)展了相關(guān)研究，而針對(duì)不同風(fēng)化程度的泥巖填料崩解特性研究還有欠缺。本文結(jié)合馬巢高速工程實(shí)際，從崩解角度研究泥巖特性，旨在為馬巢高速項(xiàng)目以及安徽省今后的高速公路修筑提供借鑒。

1 馬巢高速公路泥巖崩解特性

泥巖具有遇水易崩解的工程特性，這種特性能反映不同巖石的風(fēng)化程度。巖石受到風(fēng)、陽(yáng)光、水等因素影響，崩解越徹底，巖石顆粒越小，說(shuō)明風(fēng)化程度越嚴(yán)重。馬巢高速公路現(xiàn)場(chǎng)，雨后一段時(shí)間泥巖崩解十分明顯，但亦有少量泥巖處于弱崩解狀態(tài)（如圖1所示）。

圖1 K34+900～K35+100路段風(fēng)化崩解的泥巖塊

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)泥巖具有如下崩解規(guī)律［8］：a）具有較強(qiáng)的遇水、遇風(fēng)、遇陽(yáng)光普遍崩解的特性；b）淺層泥巖崩解性極強(qiáng)，而深層泥巖（10m以下）崩解性相對(duì)較弱，崩解性呈現(xiàn)隨深度遞增而遞減的規(guī)律；c）崩解性極強(qiáng)的泥巖僅需幾分鐘就可碎如小石頭，而個(gè)別崩解性較弱的泥巖則需要幾小時(shí)乃至數(shù)周才能出現(xiàn)邊緣微裂隙；d）伴隨氣泡發(fā)生的粉末狀崩解是其主要表現(xiàn)形式。

2 泥巖灑水崩解顆粒分析試驗(yàn)

泥巖灑水崩解顆粒分析試驗(yàn)內(nèi)容如下（見(jiàn)表1～表3）：

a）在3個(gè)典型泥巖段由人工隨機(jī)選取近似立方體且粒徑為50mm左右的泥巖樣本，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察并按照不同風(fēng)化程度取巖塊試樣各20塊，運(yùn)回試驗(yàn)場(chǎng)地后置于試驗(yàn)棚的地平上，在自然光照射的條件下進(jìn)行試驗(yàn)；

b）對(duì)不同風(fēng)化程度的泥巖進(jìn)行目測(cè)歸類(lèi)，強(qiáng)、弱、微風(fēng)化泥巖各4組，每5塊巖樣為一組，每組巖樣按每天充足灑水1次、2次、3次和4次來(lái)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)；

c）按條件對(duì)試樣進(jìn)行灑水，定期進(jìn)行篩分試驗(yàn)或直接量取試樣粒徑，得出各粒徑顆粒所占總質(zhì)量的百分比，記錄占有質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)的顆粒的粒徑變化情況，取多組試驗(yàn)的平均值；

d）每天記錄試樣的崩解情況，并觀察和記錄試樣在不同時(shí)間的崩解碎裂情況。

表1 強(qiáng)風(fēng)化泥巖崩解試驗(yàn)過(guò)程

表2 弱風(fēng)化泥巖崩解試驗(yàn)過(guò)程

表3 微風(fēng)化泥巖崩解試驗(yàn)過(guò)程

本文選取適宜粒徑15～28mm作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，僅憑自然條件和光照，加上人工灑水，泥巖崩解達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)粒徑范圍內(nèi)所需要的條件和時(shí)間都有所不同。

由表2、表3知：

a）隨著天數(shù)和灑水頻率的增加，顆粒崩解到適宜粒徑范圍所需要的時(shí)間越短，呈現(xiàn)良好的階梯遞減趨勢(shì)；

b）對(duì)于弱風(fēng)化泥巖，灑水頻率從每天1次到每天4次，泥巖崩解到適宜粒徑范圍內(nèi)所需時(shí)間分別為6d、6d、5d、4d，也呈現(xiàn)時(shí)間階梯遞減規(guī)律；

c）對(duì)于微風(fēng)化泥巖，自然條件、光照、灑水對(duì)泥巖顆粒崩解影響基本不明顯，每天灑水4次，到第10d泥巖崩解顆粒粒徑分布為24～32mm。

綜上所述，強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化泥巖可通過(guò)自然條件或預(yù)崩解處理來(lái)達(dá)到路基施工要求，微風(fēng)化泥巖不宜作為路基填料，若工程量較大時(shí)，一定要用機(jī)械破碎后使用。

馬巢高速泥巖路堤整體施工過(guò)程中，最大松鋪厚度為0.45m，泥巖最大顆粒大小不應(yīng)超過(guò)松鋪厚度的1/2，泥巖風(fēng)化程度越高，機(jī)械破碎和碾壓頻率越小，所需機(jī)械噸位小，破碎和碾壓次數(shù)越少。實(shí)際工程中，巖體經(jīng)爆破后，不同風(fēng)化程度的泥巖往往混雜在一起，當(dāng)工程量較小時(shí)，應(yīng)將混雜泥巖按照風(fēng)化程度大致分類(lèi)，節(jié)約機(jī)械和人力；當(dāng)工程量較大時(shí)，由馬巢高速實(shí)踐證明，應(yīng)將混雜泥巖開(kāi)展大塊破小、灑水等預(yù)崩解措施，使得不同風(fēng)化程度的泥巖顆粒大小崩解到滿足施工要求，以節(jié)約工程造價(jià)、提高工程質(zhì)量和驗(yàn)收通過(guò)率。

3 結(jié)論

通過(guò)以上分析，本文得到如下結(jié)論：

a）對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化泥巖，隨著灑水頻率和灑水天數(shù)的增加，顆粒崩解到適宜粒徑范圍所需要的時(shí)間越短，呈現(xiàn)良好的階梯遞減趨勢(shì)；

b）強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化泥巖可通過(guò)自然條件或預(yù)崩解處理來(lái)達(dá)到路基填筑要求，微風(fēng)化泥巖一定要用破碎機(jī)予以破碎，以滿足路基施工要求；

c）應(yīng)將不同風(fēng)化程度、混雜在一起的泥巖予以分類(lèi)或者預(yù)崩解，以達(dá)到節(jié)約和提高工程質(zhì)量的目的。

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