對常用紅砂巖路基施工技術的研究

摘要：隨著我國高等級公路建設的迅猛發展，用作路基填筑的材料越來越多，紅砂巖就是其中一種較為理想的材料，紅砂巖作為路基填料有強度高、穩定性好等諸多優點。本文對紅砂巖填筑路基的施工工藝和質量檢測控制進行了初步的探討。

關鍵詞：紅砂巖路基質量檢測

1 紅砂巖路基穩定性原理分析

眾所周知，合格路基的內在質量應具備三個要求：具有足夠的整體穩定性；具有足夠的強度；具有足夠的水穩性。簡而言之，就是路基要達到“密實”、“均勻”和“穩定”的使用要求。

路基密實的過程，實際上是一個顆粒重組的過程，而對填石路基來說，則是巖石位移重組的過程。路基的穩定是相對的，也就是說，當路基在外界應力作用下，巖石間無位移或位移量能控制在某一個標準內時，我們就可認為路基最初是穩定的。而在設計年限內，在設計荷載的作用下，位移能控制在某一標準內，則我們可認為路基在使用過程中一直合格。

路基的穩定是由路基的整體決定的，對石方路基的穩定性，取決于兩個方面：一是巖石填筑形成巖體后的孔隙比(e1)，而非巖石本身的孔隙比(e2)；二是巖石的強度。e2是不可改變的，所以要提高石方路基的穩定性，最理想的狀態當然是e1盡可能小，而要達到這一目的，就是希望填料具有良好的級配，并容易碾壓密實，而盡可能使巖石破碎是最直接的途徑，而破碎程度的大小取決于巖石的強度和壓實設備類型；路基的密實過程實際上也是填料棱角破碎，填料擠密的過程，所以路基成型后，路基能否保持穩定，與巖石的強度密切相關，此時巖石的強度越高，路基反而越穩定，而巖石的最大強度是有限的。且強度受自然因素的影響大，主要受大氣、水的影響大，所以防護、排水工作對路基強度偏低的紅砂巖至關重要。

2 施工方案

路基施工方案的關鍵要確定三項指標：一是壓實設備類型；二是松鋪層厚；三是檢測辦法。根據石方路基穩定原理的定性分析、紅砂巖的物理、力學性能及已往紅砂巖路基的施工經驗確定具體的施工方案。

2.1 壓實設備選擇激振力35噸以上的壓路機，也即YZ20以上壓路機。之所以選擇YZ20以上壓路機，主要是YZ20以上壓路機激振力大，各類型號的YZ20壓路機激振力均在350KN以上，最大靜線壓力也在580N／cm以上，激振力大，有利于在碾壓過程中對巖石進行二次解小；其次采用壓路機施工進度有保證，且壓路機操作簡單，施工成本低。

2.2 松鋪層厚最初根據《公路工程路基施工規范》(JTJ033-95)，確定為50cm，石料最大粒徑不大于30cm。在試驗路段的鋪設中，發現有部分強度低的紅砂巖極易破碎，且紅砂巖通過爆破解小后細料占有相當部分的比重，與別的石質有明顯區別，所以最初把紅砂巖完全當作填石路堤的構想不完全正確。實際上紅砂巖在大噸位壓路機的激振作用下，最初的填石結構的特性，發生了變化，它變為了土石混填結構。但同時由于分層厚度過大，通過挖驗發現，石料架空現象較多，也即單點合格率低，為進一步克服這一點，后將松鋪層厚由50cm改為35cm，最大粒徑由35cm改為230m。

眾所周知路基填土是典型的擾動的顆粒、水和空氣組成的三相體材料，不同種類的填土，壓實特性也不相同。而土石混合料的壓實特性是大小顆粒在力的作用下克服顆粒問阻力產生位移的過程，即大小顆粒全新排列，相互靠近，使孔隙體積減少，單位體積內固體顆粒數量增加的過程。土石混合料的壓實不僅與粗粒的風化程度有關，而且與其含量有關，當粗粒含量低于40％時，粗粒料在壓實土體中僅作為不可壓縮的骨料，混合料的壓實細料起決定性作用。紅砂巖本身的特點，使其在大噸位壓路機作用下大顆粒的材料減少，不能起到骨架作用，只能作為不可壓縮的包裹體，壓實特性介于純土和純石之間，但其密度則因粗粒的存在而有不同程度的改變。

紅砂巖填筑路基并不是純粹意義上的石方填筑，而實際上是土石混填，因此在實際施工中我們采用土石混填的施工規范來進行施工。所以在后續的試驗路段鋪設時就規定松鋪厚度為35cm，石料最大粒徑不超過最大松鋪厚度的2／3即(23cm)。通過在以后進行的挖驗以及沖壓補強的沉降觀測證明這是成功的。

3 檢測方法的確定

檢測方法的確定應滿足：一、能合理評價路基工程質量；二、具有可操作性和經濟性。

3.1 密度檢測法密度檢測法是目前應用最廣泛的一種方法，它是對路基質量的一種綜合評價手段，該法是以Proctor壓實理論為基礎，并以現場實測干容重(pd)與室內標準擊實試驗求取的最大干容重(pdmax)之比值即壓實度是否達到某一規定之值來實現。由于壓實度法，對土石混填有其局限性，且小試坑方法也僅僅反映局部小范圍的壓實情況，為克服這些不足，提出沉降檢驗法。

3.2 抗力檢測法土體在壓實的反復荷載作用下，強度得以提高，彈性模量隨荷載次數增加而加強，最后趨于某一定值。塑性變形增量則逐漸減少最后趨于零，當土體達到這一狀態時，就認為已經壓實。本方法基于上述原理，采取一定的手段測定彈性模量或塑性變形增量，由此形成了二個分類，即彈性模量法和塑性變形法。

3.2.1 彈性模量法目前對彈性模量的測定多采用承載比或彎沉，具體做法是選定某些測點，測定這些點在加卸載后的回彈彎沉，將測定的回彈彎沉值與規定的標準進行比較以判定壓實質量是否合格。應用該法檢測壓實質量有以下優點：①測定指標直接與變形特性相聯系；②荷載量大，影響范圍廣，反映了一定范圍內壓實填方的整體情況，不破壞土體結構，但檢測需要彎沉車，大面積施工中不利于推廣。

3.2.2 塑性變形法此方法多采用水準儀進行。用水準儀測定塑性變形增量，即：在填方土體整體開始碾壓前，先在整平的土體上布置方格網，確定各測點，然后開始碾壓，每碾壓一次。用水準儀測量上述各測點高程變化，直到碾壓前后兩次測定的高程之差(塑性變形增量)在規定的范圍內(2mm)，即認為合格，這種方法直觀、簡單易行，且具備上述彈性模量法優點。但測點碾壓前后的重現性較差，影響了測量精度；且檢測沉降必須采用壓路機振壓兩遍后再進行沉降觀測。將耗費較多時間和機械臺班，不便于在大面積施工中全面推廣使用。

3.3 沉降檢驗法對石方成型路基質量的檢測、評估一直是一個難題，課題組最后選擇了沉降檢驗法，對路基整體穩定程度進行檢測與評價，其原理是：對已成型且認為合格的路基使用特大噸位的壓實機具進行多次沖擊，若其平均沉降能在某一標準(q)內，則可認為路基合格。標準a值可通過收集國內有關參數求得，同時通過對肯定有把握合格的標準路基進行沖擊，分析合格路基沉降情況判別紅砂巖路基合格程度。

4 施工中的建議

4.1 紅砂巖干燥狀態下單軸抗壓強度為30-60MPa，自然狀態下單軸抗壓強度為15－30 MPa，飽水強度為0-20 MPa：其礦物成分主要以石英、長石、巖屑、泥質為主：

4.2 對紅砂巖填筑路基，應采用YZ20型以上(即最大激振力為350KN以上)的壓路機，松鋪層厚控制在35cm，攤鋪前最大粒徑控制在23cm以內的施工方案：

4.3 在施工中，應嚴格監控，特別是應嚴格對松鋪層厚和最大粒徑的控制，由于紅砂巖的壓實度檢測精度受試坑的大小影響較純土方大，施工中重在以壓實遍數控制工程質量；

4.4 為提高紅砂巖路基的單點合格率，建議對成型后的紅砂巖路基采用大噸位壓實機具進行一定范圍的沖壓補強：如果采用CYZ25沖擊壓路機進行沖壓補強，則平均沉降在7CM以內，單點合格率達90％以上可認為路基質量合格，等等。