淺析紅砂巖路基施工技術(shù)管理

摘要：紅砂巖在我國南方特別是湘南粵北分布很廣，因其特有遇水崩解塌陷以及爆破難度大的特性，使其在路基施工中具有很強的特殊性，在目前部頒相關(guān)規(guī)范中沒有相宜的處理措施，文章根據(jù)作者在衡炎高速十二標對紅砂巖路基施工管理了經(jīng)驗和感想。

關(guān)鍵詞：紅砂巖；路基施工；施工技術(shù)管理

中圖分類號：U412 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）12-0069-02

1 工程概況

衡陽至炎陵高速公路第12合同段，迄于茶陵縣下東鄉(xiāng)的夢溪村K83+200，止于馬江鎮(zhèn)麻石村K92+860，全長9.6km，共有路基土石方132萬方，其中紅砂巖石方有120萬方。以長石紅砂巖為主，泥膠結(jié)結(jié)構(gòu)，且膠結(jié)程度較高。紅砂巖路基的施工是本項目施工的難點。

2 紅砂巖的特點

紅砂巖廣泛分布在我國南方長江中下游地區(qū)，特別是湘南粵北分布很廣。主要礦物成分為長石、石英、少量云母。多為沉積巖，泥膠結(jié)結(jié)構(gòu)，層狀分布，自然狀態(tài)非常密實，解理很少，按礦物質(zhì)分可分為長石紅砂巖和石英紅砂巖。我們施工的標段以長石紅砂巖為主。紅砂巖按其力學(xué)性能分為三類：一類紅砂巖親水性粘土礦物質(zhì)含量高，浸水后呈泥狀或，渣狀崩解：巖石自由膨脹率平均為41.3%>40%，具有膨脹性，其單軸抗壓強度小于15Gpa，屬于軟巖；二類紅砂巖浸水呈塊狀崩解，一般具有碎屑結(jié)構(gòu)特征，單軸抗壓強度在1515Gpa附近，也屬于軟巖；三類紅砂巖浸水不崩解，強度較高，其單軸抗壓強度可達60～70Gpa。我們施工標段以二、三類紅砂巖為主。

紅砂巖路塹開挖以爆破為主，輔以沖擊錘和大功率推土機開挖。由于紅砂巖的彈性模量模量較小，韌性有余而脆性不足，導(dǎo)致紅砂巖的爆破比較困難，特別是長石成分含量較高長石紅砂巖，以泥膠結(jié)為主，且膠結(jié)程度較高，爆破時耗藥量大，爆破后大塊率高，需二次解炮改小，因而爆破成本很高。石英含量較高的石英紅砂巖在爆破后大塊率較低，容易破碎。

由于紅砂巖的天然結(jié)構(gòu)及其礦物和化學(xué)成分，決定了紅砂巖雨水崩解軟化的工程特性。大量紅砂巖路基病害的調(diào)查研究和探討表明，紅砂巖路基的病害主要有路基的沉陷所致，而路基的沉陷往往與紅砂巖的浸水崩解相關(guān)。因此紅砂巖路堤填筑要盡可能使填料破碎或預(yù)崩解，粒徑不大于30㎝。

3 紅砂巖路基施工

3.1 紅砂巖路基施工設(shè)備

根據(jù)紅砂巖路基的一些基本特點路塹開挖所需設(shè)備（以一套設(shè)備配置為例）：潛孔鉆機2臺，以履帶式自行潛孔鉆機為好，手風槍4臺，挖掘機（220馬力以上）3臺，大功率推土機2臺，破碎錘。運輸設(shè)備以大功率的雙橋自卸汽車為好。而路堤壓實的主要設(shè)備要求有60t以上的拖式羊足碾一臺，自重18t以上的震動壓路機一臺，推平機械中推土機功率不應(yīng)小于160馬力。紅砂巖路基施工時設(shè)備的效率不及土方的一半，在設(shè)備配置時一定要充分考慮。

3.2 紅砂巖的開挖及預(yù)崩解

未開挖的紅砂巖致密且具有一定的強度，特別是二類、三類紅砂巖大多以爆破形式開挖。放置一段時間，裸露預(yù)大氣、陽光、和雨水中，在這些自然因素的作用下，促使紅砂巖塊崩解破碎，強調(diào)降低。如果紅砂巖不經(jīng)過預(yù)崩解，對長石紅砂巖來講爆破的大塊率相當?shù)母撸谓馀趯⒗速M大量的人力和物力。采用破碎錘的成本也很大。

紅砂巖的另一種開挖形式可采用機械開挖，特別是一類紅砂巖主要以大功率推土機和挖掘機施工為主。二、三類紅砂巖也可采用機械施工，但功率要足夠大。我們在衡炎高速公路十二標的施工中采用CAT-D9L推土機（功率為460馬力）對紅砂巖（二、三類紅砂巖）進行單鉤開挖，作業(yè)效率可以達到每天1000方以上。推出來的填料較小，滿足路基填筑粒徑要求，可直接進行路基填筑，在連續(xù)晴天，工期較緊沒辦法進行預(yù)崩解的情況下是一種很好的施工方案，特別在距離建筑物較近的時候更為優(yōu)越，又能極大地避免爆破沖擊波對建筑物的破壞。其施工成本比爆破施工略高或基本相當。二類、三類紅砂巖須爆破進行配合施工邊坡等機械無法施工的部分。

3.3 紅砂巖路基的爆破

由于紅砂巖大多為泥膠結(jié)，韌性較強而脆性不足，其在爆破時沖擊波能量被紅砂巖大量吸收衰減，而巖石不易破碎，且有大塊率較高的特點，我們對紅砂巖的爆破進行了爆破設(shè)計，施工檢驗效果較好，有效降低了紅砂巖的大塊率。

（1）為確保邊坡穩(wěn)定，開挖深度6米以上、紅砂巖石方量較大且無特殊路基處理的工點采用小型潛孔鉆機，實施梯段控制爆破方法施工；為提高爆破效果，降低大塊率，并降低震動效應(yīng)，均采用大孔距（孔距采用2.5～3米）、小排距（排距采用1.2～1.5米）、梅花形布孔（臨近系數(shù)m=a/b=2.0～2.5），并采用導(dǎo)爆管毫秒雷管實施逐排微差擠壓爆破。

（2）為提高邊坡穩(wěn)定性和美觀程度，本標段采用預(yù)留光爆層法進行光面爆破。潛孔鉆機鉆孔時邊坡設(shè)計有臺階者分臺階進行光爆，設(shè)計無臺階者從塹頂沿坡面鉆孔一次爆到底。

（3）為確保路基面平整堅實，最底層2米采用風槍鉆孔爆破，并嚴格控制孔底標高和超鉆值，并適當縮小排距和孔距實施逐排微差起爆。

（4）為確保路基堅實和坡腳穩(wěn)定，紅砂巖路基邊溝開挖采用兩側(cè)溝壁先行預(yù)裂爆破，然后沿中心布一排縱向傾斜孔，人為創(chuàng)造傾斜面，從外向內(nèi)依次響炮，松動后采用挖鏟挖槽。

（5）為很好的對紅砂巖進行預(yù)崩解，保證路堤填筑質(zhì)量，減少二次解炮，節(jié)約成本，我們在施工時特意在雨季路堤填筑無法進行時對紅砂巖挖方進行爆破，使雨水能下滲，提高預(yù)崩解的效果。

（6）紅砂巖路基的爆破方案見附圖：紅砂巖路基梯段階梯松動控制爆破

3.4 紅砂巖路基的填筑

紅砂巖路基施工要求配有大功率推土機（功率不小于160馬力）和大噸位的壓路機，尤其以大噸位的凸塊碾、羊足碾最好。其的施工設(shè)備與常規(guī)路基要求相同。

紅砂巖路基的填料的最大粒徑一般不超過松鋪厚度的2/3，松鋪厚度為40～50㎝，最大粒徑不超過30㎝。松鋪時增加一道耙壓工序，“壓”主要是指壓碎，而非壓密。耙壓的主要目的是借用推土機的自重和履帶粉碎紅砂巖。

經(jīng)過預(yù)崩解或者大功率推土機鉤松的填料運到填方工點，使用大功率推土機反復(fù)耙壓，耙壓后粒徑仍超過規(guī)定尺寸采用破碎錘進行破碎。再用60t拖式羊足碾碾壓3～4遍，然后用平地機刮平，用自重不小于20t的震動壓路機碾壓3遍以上。因此碾壓前需檢查填料的含水量是否接近最佳含水量，紅砂巖的最佳含水量一般為8～11%，當含水量不足時，須及時灑水。當含水量接近最佳含水量后經(jīng)過反復(fù)推土機和拖式羊足碾耙壓，大部分填料已經(jīng)泥化，呈土石混合狀態(tài)，形成密實的不透水水路堤。類似碾壓合格的粘土路基。由于現(xiàn)場實際為土石混填路基，實驗室無法模擬現(xiàn)場確定最佳含水量。因而其壓實度的評價一般采用工藝法控制。當采用20t以上壓路機碾壓輪跡印小于2㎜時即可認為壓實度合格。

施工時，為利于雨天路基橫向排水，每一壓實層都應(yīng)作成不小于4%的路拱橫坡。路基超填按50㎝控制，邊坡整修可滯后路基填筑20～30天，待邊坡上紅砂巖塊自然崩解，在進行人工整坡。

為防止雨水對紅砂巖路基產(chǎn)生危害，路基挖方及填方在路床頂面應(yīng)填筑不小于50㎝的粘土（要求CBR值不小于8%）或其他不透水層進行封層以隔斷外界水分。

4 結(jié)語

紅砂巖路基填料的充分預(yù)崩解和耙壓及路床部分采用不透水層進行封層是減少紅砂巖路基工后沉陷的保障；紅砂巖路基壓實設(shè)備一定要采用大噸位羊足碾和大功率的推土機，這是保證紅砂巖路基能充分得到耙壓的設(shè)備保障；在雨季前或雨季中對紅砂巖路基進行大量爆破是保證紅砂巖填料能得到預(yù)崩解的措施保障；采用大孔距、小排距，梯段微差擠壓松動爆破可有效地降低爆破中的大塊率；大功率的推土機（如CAT-D9L）的開挖是紅砂巖路基施工的一種不錯的選擇。

參考文獻

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作者簡介：張全明（1969—），男，中鐵十二局集團第七工程有限公司工程師，研究方向：橋梁、路基、隧道等施工技術(shù)與管理。