紅砂巖地帶路基施工技術(shù)

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一、前言

　　我國(guó)南部省區(qū)廣泛分布紅砂巖這種巖體。湖南省(湘)潭衡(陽(yáng)西)高速公路第十二合同段位于衡陽(yáng)市境內(nèi),標(biāo)段全長(zhǎng)10.396km,路基土石方400多萬(wàn)方,挖填數(shù)量較大,是本標(biāo)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(jié)性、易風(fēng)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(biāo)路基施工中初識(shí)紅砂巖,發(fā)現(xiàn)其爆破施工較難、填筑較難、質(zhì)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(zhǎng)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(lái)加以認(rèn)識(shí),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(shí)解決相關(guān)難題,指導(dǎo)和配合工程的施工。

　　二、對(duì)紅砂巖的有關(guān)認(rèn)識(shí)

　　概念:南方廣泛分布的泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖及頁(yè)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(jié)構(gòu)和泥狀膠結(jié)結(jié)構(gòu)兩種典型結(jié)構(gòu)形式,因膠結(jié)物質(zhì)和風(fēng)化程度的差異,其強(qiáng)度的變化大。多數(shù)紅砂巖在挖掘或爆破出來(lái)后,受大氣、陽(yáng)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(jí)配將隨干濕循環(huán)的時(shí)間過程而變化,其物理力學(xué)性質(zhì)也將產(chǎn)生變化。

　　分類:紅砂巖按強(qiáng)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(qiáng)度小于15Mpa,在105℃溫度下烘干后浸水24小時(shí)內(nèi),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(qiáng)度小于15Mpa或稍大于15Mpa,在105℃溫度下烘干后浸水24小時(shí)內(nèi),浸水崩解不強(qiáng)烈或略呈塊狀崩解;

　　三類紅砂巖,巖塊天然單軸抗壓強(qiáng)度大于15Mpa,浸水完全不崩解,且強(qiáng)度高,水穩(wěn)定性好,特性與普通砂巖無(wú)區(qū)別,民間多年來(lái)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(lái)很大困難。

　　處理紅砂巖的兩個(gè)基本原則

　　消除紅砂巖的活性。紅砂巖在爆破開挖出來(lái)后,受陽(yáng)光、大氣特別是雨水的作用而迅速風(fēng)化崩解,由大塊狀風(fēng)化崩解成碎塊狀,當(dāng)有雨水或浸水時(shí),在機(jī)械作用(汽車、挖掘機(jī))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(jié)性能小,不能由渣泥狀逆轉(zhuǎn)成碎塊狀和大塊狀,這種性質(zhì)即為紅砂巖的不可逆轉(zhuǎn)性。紅砂巖浸水崩解性的強(qiáng)弱和紅砂巖膨脹勢(shì)的大小,稱為紅砂巖的活性。浸水崩解愈強(qiáng)膨脹勢(shì)愈大的紅砂巖,其活性愈大。用來(lái)修筑路堤時(shí),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(qiáng)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(zhì)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(lái)的紅砂巖填料不加遮蓋地裸露于大氣、陽(yáng)光和雨水中,在這些自然因素的作用下,紅砂巖(特別是未風(fēng)化的一類巖)迅速風(fēng)化崩解,強(qiáng)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(chǎng)澆水一次(氣溫高),或隔天澆水一次(氣溫低),如果晴朗無(wú)雨天氣連續(xù)超過兩三天時(shí),即應(yīng)在料場(chǎng)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(shí),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(yùn)往路堤填筑。

　　三、紅砂巖路基填筑施工

　　常用機(jī)械設(shè)備配備。平地機(jī)PYl80,振動(dòng)壓路機(jī)YZl8B,羊角碾 YZTK18,灑水車8t,推土機(jī) D85,挖掘機(jī)1m3。

　　路基填筑施工工藝。紅砂巖的填筑工藝以“預(yù)崩解-耙壓-壓實(shí)”程序?yàn)楹诵摹?/p>

　　填前碾壓:路堤填筑前要進(jìn)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(shí)度。

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

　　碾壓:推土機(jī)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(nèi)。施工中要嚴(yán)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(jī)的整平方法是由兩側(cè)開始向路中推進(jìn),如此往返三次,一般就可達(dá)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(yīng)控制在最佳含水量±1%范圍。對(duì)完成路段采用灌砂法進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè),含水量用灑精燃燒法或烘干法測(cè)試。施工中路拱橫坡采用4%。遇雨或雨后,施工表面不干時(shí),不得開放交通,雨后進(jìn)行施工,下層填方須重新壓實(shí),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(jié)。

　　壓實(shí)質(zhì)量控制:紅砂巖路基壓實(shí)度試驗(yàn)檢測(cè)比較困難,考慮到施工中的技術(shù)要求及實(shí)際情況,可采用壓實(shí)度試驗(yàn)與外觀檢查對(duì)比的方法,同時(shí)采用壓實(shí)沉降差作為參考值:①灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度時(shí)如遇到大石塊,則此試驗(yàn)點(diǎn)位棄置不用,重新選點(diǎn)試驗(yàn)。②外觀檢查:要求表面平整密實(shí),無(wú)空隙、松石、坑洼及大的石塊存在,50t以上壓路機(jī)振壓后無(wú)明顯輪跡。③壓實(shí)沉降差法:在路基上用隨機(jī)取樣的方法布設(shè)觀測(cè)點(diǎn),測(cè)其高程,然后再用拖式50t壓路機(jī)加振一遍觀測(cè)其高程計(jì)算出沉降量。

　　紅砂巖路塹上路床0-30厘米范圍內(nèi)換填適宜填料時(shí)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(nèi)使用CBR值不小于8%密實(shí)性好的路基填料封面,以避免大氣雨水對(duì)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(lái)考慮爆破方法,其次根據(jù)地形的變化,路基設(shè)計(jì)橫斷面的形狀以及地質(zhì)條件所能允許的爆破規(guī)模,進(jìn)行全面規(guī)劃,從石方集中的地方開始選炮位做爆破準(zhǔn)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(zhì)和水文地質(zhì)情況,在開挖中,以小型松動(dòng)爆破為主。對(duì)石質(zhì)挖方邊坡采用小炮爆破,對(duì)風(fēng)化嚴(yán)重節(jié)理發(fā)育的巖層宜采用小炮微差爆破。

　　爆破技術(shù)方案。爆破方法可采用松動(dòng)爆破、微差爆破和光面爆破和預(yù)裂爆破等幾種類型。炮眼按其深度,采用手持風(fēng)鉆或潛孔鉆鉆孔,炮眼布置在整體爆破時(shí)采用“梅花型”或“方格型”。石方爆破的關(guān)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(dòng)爆破,炮眼孔距與深度可通過爆破試驗(yàn)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(dǎo)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(jìn)行光面爆破,這樣可以用推土機(jī)配合裝載機(jī)和自卸汽車進(jìn)行石方施工,或者用挖掘機(jī)配合自卸車進(jìn)行清渣。

　　四、紅砂巖路基病害的防治對(duì)策

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

　　對(duì)于非飽和的松散土地基,當(dāng)厚度不大時(shí),可采用重型壓路機(jī)壓實(shí)處理措施,若厚度較大時(shí),可采取強(qiáng)夯加固措施。

　　在高填方路段,要對(duì)地基的承載力和沉降量進(jìn)行驗(yàn)算分析,必要時(shí)采取加固措施。

　　對(duì)于低洼易積水地段,在地基一定厚度范圍內(nèi)要采用水穩(wěn)定性良好的填料填筑,清除積水,截?cái)嗨础?/p>

　　對(duì)于路基兩側(cè)的高邊坡,需要進(jìn)行穩(wěn)定性分析驗(yàn)算,一般要采取邊坡防護(hù)和排水防治措施。

　　對(duì)于遠(yuǎn)離構(gòu)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(dǎo)致的,要對(duì)沉陷部位開挖進(jìn)行處理,若是因路基填土壓實(shí)質(zhì)量差所致,應(yīng)考慮采用注漿或擠密處理措施。

　　在紅砂巖路基施工和營(yíng)運(yùn)期間要加強(qiáng)排水和隔水措施,確保排水通道暢通,路基表面無(wú)積水。