爱华网 一、前言
我国南部省区广泛分布红砂岩这种岩体。湖南省(湘)潭衡(阳西)高速公路第十二合同段位于衡阳市境内,标段全长10.396km,路基土石方400多万方,挖填数量较大,是本标段控制工期。合同段红砂岩分布较普遍,这类岩石具有遇水崩解和膨胀,高吸水性、透水性与难蒸发性、低粘结性、易风化性和不均匀沉降等不良特性。去年在常德至吉首高速公路C10标路基施工中初识红砂岩,发现其爆破施工较难、填筑较难、质量难以控制。今年潭衡高速公路第十二合同段又遇红砂岩,且地段较长数量较大,不得不重新把红砂岩的施工摆在更高的位置来加以认识,研究如何充分利用红砂岩修筑路堤、避免换土,如何解决红砂岩施工难题,从而切实解决相关难题,指导和配合工程的施工。
二、对红砂岩的有关认识
概念:南方广泛分布的泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩及页岩等沉积岩类岩石,因含有丰富的氧化物呈红色、深红色或褐色,这类岩石统称为红砂岩。红砂岩主要呈粒状碎屑结构和泥状胶结结构两种典型结构形式,因胶结物质和风化程度的差异,其强度的变化大。多数红砂岩在挖掘或爆破出来后,受大气、阳光、特别是雨水的作用下可崩解破碎甚至泥化,其岩块的大小及颗粒级配将随干湿循环的时间过程而变化,其物理力学性质也将产生变化。
分类:红砂岩按强度和崩解特性划分为如下三种类型:
一类红砂岩,岩块天然单轴抗压强度小于15Mpa,在105℃温度下烘干后浸水24小时内,呈现渣状、泥状或粒状崩解;
二类红砂岩,岩块天然单轴抗压强度小于15Mpa或稍大于15Mpa,在105℃温度下烘干后浸水24小时内,浸水崩解不强烈或略呈块状崩解;
三类红砂岩,岩块天然单轴抗压强度大于15Mpa,浸水完全不崩解,且强度高,水稳定性好,特性与普通砂岩无区别,民间多年来用它作为建筑石材使用。一般工程中主要存在的是一类岩和二类岩,三类岩存在很少,这给施工带来很大困难。
处理红砂岩的两个基本原则
消除红砂岩的活性。红砂岩在爆破开挖出来后,受阳光、大气特别是雨水的作用而迅速风化崩解,由大块状风化崩解成碎块状,当有雨水或浸水时,在机械作用 (汽车、挖掘机)和人力作用下而成为渣泥状,但破碎后重新组合的红砂岩,粘结性能小,不能由渣泥状逆转成碎块状和大块状,这种性质即为红砂岩的不可逆转性。红砂岩浸水崩解性的强弱和红砂岩膨胀势的大小,称为红砂岩的活性。浸水崩解愈强膨胀势愈大的红砂岩,其活性愈大。用来修筑路堤时,活性愈大的红砂岩形成路基病害的可能性愈大。
红沙岩的崩解处理。经崩解处理后的红砂岩不仅活性减少,而且岩石软化,强度降低,便于碾压。因此用崩解处理后的红砂岩修筑路堤不仅可以提高工效,保证工程质量,而且可以减少甚至消除病害的发生。崩解处理方法如下:将爆破出来的红砂岩填料不加遮盖地裸露于大气、阳光和雨水中,在这些自然因素的作用下,红砂岩(特别是未风化的一类岩)迅速风化崩解,强度急剧降低,活性迅速消除。在崩解处理期间,晴天视气温情况宜每天在料场浇水一次(气温高),或隔天浇水一次(气温低),如果晴朗无雨天气连续超过两三天时,即应在料场浇水以加速红砂岩的崩解和消除活性的过程。用此方法作崩解处理时,八天至十五天后(气温高取小值,气温低取大值),经崩解处理的红砂岩填料可运往路堤填筑。
三、红砂岩路基填筑施工
常用机械设备配备。平地机PYl80,振动压路机YZl8B,羊角碾 YZTK18,洒水车8t,推土机 D85,挖掘机1m3。
路基填筑施工工艺。红砂岩的填筑工艺以“预崩解-耙压-压实”程序为核心。
填前碾压:路堤填筑前要进行填前碾压,即改造地形、清除表土及地面附着物,并将原地面碾压至要求的密实度。
耙压、整平:填料运到填方段后,卸料后采用220马力以上的三齿推土机、勾松,“耙压”遍数应不少于三遍,未经料场崩解处理的红砂岩至填方路段后,相应的“耙压”遍数应增加一倍。
碾压:推土机耙压后,90区采用50t以上羊角碾振压3～5遍,93区采用50t以上羊角碾振压3～5遍,行驶速度均控制在2～3km/h,基本可以保证岩石粒径控制在25cm以内。施工中要严格控制最大粒径和每层松铺厚度,经耙压后的填料最大粒径不得大于25厘米,每层松铺厚度不大于40厘米。平地机的整平方法是由两侧开始向路中推进,如此往返三次,一般就可达到规定的粒径要求。
含水量控制:红砂岩填料碾压前含水量应控制在最佳含水量±1%范围。对完成路段采用灌砂法进行压实度检测,含水量用洒精燃烧法或烘干法测试。施工中路拱横坡采用4%。遇雨或雨后,施工表面不干时,不得开放交通,雨后进行施工,下层填方须重新压实,符合要求,方可施工。在下一层填筑前,将己完工的路基用羊角碾重新振压一遍,形成凹凸面,以保证上下层面间的联结。
压实质量控制:红砂岩路基压实度试验检测比较困难,考虑到施工中的技术要求及实际情况,可采用压实度试验与外观检查对比的方法, 同时采用压实沉降差作为参考值:①灌砂法检测压实度时如遇到大石块,则此试验点位弃置不用,重新选点试验。②外观检查:要求表面平整密实,无空隙、松石、坑洼及大的石块存在,50t以上压路机振压后无明显轮迹。③压实沉降差法:在路基上用随机取样的方法布设观测点,测其高程,然后再用拖式50t压路机加振一遍观测其高程计算出沉降量。
红砂岩路堑上路床0-30厘米范围内换填适宜填料时不能用红砂岩,其路床底部30-80厘米必须为新鲜岩面,且0-30厘米范围内使用CBR值不小于8%密实性好的路基填料封面,以避免大气雨水对红砂岩的侵蚀,降低基底的承载力。
红砂岩的爆破施工
爆破方式选取的原则:①首先根据石方集中的程度来考虑爆破方法,其次根据地形的变化,路基设计横断面的形状以及地质条件所能允许的爆破规模,进行全面规划,从石方集中的地方开始选炮位做爆破准备。②充分利用岩石的崩塌作用,从路基面开挖创造阶梯。③综合利用小炮群,分段分批爆破。④由于红砂岩为软岩石路基材料,考虑到工程地质和水文地质情况,在开挖中,以小型松动爆破为主。对石质挖方边坡采用小炮爆破,对风化严重节理发育的岩层宜采用小炮微差爆破。
爆破技术方案。爆破方法可采用松动爆破、微差爆破和光面爆破和预裂爆破等几种类型。炮眼按其深度,采用手持风钻或潜孔钻钻孔,炮眼布置在整体爆破时采用 “梅花型”或“方格型”。石方爆破的关键是保证出渣的片石小于25×25cm,用作填料的一、二类红砂岩爆破宜采用小型及松动爆破,炮眼孔距与深度可通过爆破试验确定,一般孔距与孔深不宜大于2米,不作填料的不受限制。起爆破器材采用毫秒微差电雷管导爆索起爆系统,炸药用量0.40～0.50kg/m3。
施工工艺:根据断面高度和超深确定钻孔深度。一次钻好竖、斜向孔,分两次引爆,即路堑爆破和光面爆破。路堑爆破后不必清渣,马上就进行光面爆破,这样可以用推土机配合装载机和自卸汽车进行石方施工,或者用挖掘机配合自卸车进行清渣。
四、红砂岩路基病害的防治对策
对于接近饱和的松软土地基,可采取预压排水、挤密加固或其他软基处理措施,并分析地基在设计路堤荷载作用下的沉降量,确保工后沉降不超过允许值;当松软土厚度不大时(一般以3米为界限),可采取挖土换填措施。
对于非饱和的松散土地基,当厚度不大时,可采用重型压路机压实处理措施,若厚度较大时,可采取强夯加固措施。
在高填方路段,要对地基的承载力和沉降量进行验算分析,必要时采取加固措施。
对于低洼易积水地段,在地基一定厚度范围内要采用水稳定性良好的填料填筑,清除积水,截断水源。
对于路基两侧的高边坡,需要进行稳定性分析验算,一般要采取边坡防护和排水防治措施。
对于远离构造物的局部路段,若路基沉陷是因雨水渗入路基表层土中导致的,要对沉陷部位开挖进行处理,若是因路基填土压实质量差所致,应考虑采用注浆或挤密处理措施。
在红砂岩路基施工和营运期间要加强排水和隔水措施,确保排水通道畅通,路基表面无积水。
