皖南山區紅砂巖路基設計方法研究

陳祥勇 （安徽省高速公路控股集團有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前 言

紅砂巖是一種因富含鐵質氧化物而呈現紅色、褐紅色或者褐色的泥質或者砂質沉積巖類。紅砂巖被挖掘或者爆破出來后，受大氣環境或干濕循環作用，易崩解碎裂、顆粒軟化，甚至泥化，從而降低強度，工程性質變差。己有的工程實踐表明：紅砂巖具有弱膨脹性和易崩解性，是一種不良的路基填料。

結合紅砂巖的工程特性和常見病害的分析，水是觸發病害的主要外因，膨脹性及易崩解性是內因。因此，紅砂巖作為路基填料必須解決好隔水、排水措施，增加密實度，特別是盡可能維持紅砂巖填料處于相對封閉狀態，避免殘余水活性的發揮。

對于不崩解性紅砂巖，其力學性能及水穩性能與普通巖石差別不大，完全可以直接作為路基填料，其相關設計可依據《公路路基設計規范》中一般填石路堤進行設計。而對于崩解性紅砂巖，鑒于它的上述工程特性和典型病害分析，采用紅砂巖作為路基填料的相關設計在原有規范要求的基礎上，需進行針對性設計，本文對此進行系統的研究。

1 紅砂巖料源選取及設計參數

①設計紅砂巖路堤應預先調查料源并作好必要的室內試驗，掌握紅砂巖材料的工程特性。試驗方法按《公路土工試驗規程》執行。

②為消除大粒徑紅砂巖的活性，應對粒徑超過100cm的紅砂巖進行崩解處理，一般將紅砂巖曝露在自然情況下，8d~15d基本完成崩解；也可以人工解小后，采用大能量壓實機械予以壓實。

圖1

③紅砂巖使用前必須選擇有代表性的試樣進行擊實試驗，確定最大干密度和最佳含水量。試驗方法按《公路土工試驗規程》執行。

④應通過試驗測定紅砂巖的內摩擦角和粘結強度。試驗方法按《公路土工試驗規程》執行。

⑤紅砂巖的滲透系數、壓縮系數等參數宜通過試驗確定。試驗方法按《公路土工試驗規程》執行。

2 紅砂巖填料的設計要求和壓實標準

①紅砂巖具有膨脹性和易崩解，不宜作為路基填料，如作為路基填料，則應采取適當的措施保障路基填料的CBR和壓實度達到表1所規定的指標要求，試驗方法按《公路土工試驗規程》執行。

②紅砂巖填料路基須采用分層填筑，填料松鋪厚度不宜大于40cm，填料的最大粒徑也應小于20cm。

3 紅巖填料路基設計

3.1 紅砂巖填料的路堤斷面設計

3.1.1 路堤斷面形式

紅砂巖路堤的斷面形式可參照一般填筑的路堤斷面形式，主要分為三種：

①直線型，一坡到頂的直線型邊坡比較適用于紅砂巖填筑的低路堤；

②折線型，大多在填土較高的路段采用，可分為二級或三級折線坡，上陡下緩，但必須保證整體穩定性要求；

③平臺式，與路塹邊坡平臺斷面相似，普遍適用于高路堤邊坡。當填土高度大于10m時，應設置平臺，平臺寬度應能保證上一級邊坡及路堤整體穩定，一般不宜小于2.0m。

3.1.2 路堤設計形式

紅砂巖路堤應采用外包式路堤設計形式，如圖1所示，以確保路堤的長期穩定性。具體為在堤心部位采用紅砂巖填料，外包層采用填筑塑指>8的中性粘性土作為隔水封閉層的措施，頂面厚度應大于0.3m，側面應大于1m。

路床土最小強度和壓實度要求 表1

紅砂巖路堤邊坡設計參考值 表2

紅砂巖路堤底部應離開地下水位或地表長期積水位500mm以上，否則應設置隔離層。隔離層厚度不宜小于300mm，隔離層橫坡不宜小于3%。

路面采用不透水面層，減低地表水經面層下滲。路基橫坡應采用4%坡度，能夠快速疏干路面積水，減小下滲量。

在相關資料缺乏的情況下，紅砂巖路堤邊坡設計可參考表2設計。

3.2 紅砂巖填料的路堤邊坡防護設計

①為了提高路堤邊坡的穩定性，阻隔地表水下滲，在紅砂巖填方段設立了混凝土拱型骨架護坡，骨架中設置了積水溝，減少坡面沖刷，并擬在框格中植草，防止沖刷。具體設計依據《公路路基設計規范》中5.2.2條。

②紅砂巖路堤的擋墻結構，應按《公路路基設計規范》中5.4條進行設計，并在墻體泄水孔進水口處設置反濾層。

③對于高度在5.0m以上的路堤，應驗算路堤自身的穩定性，其抗滑安全系數應滿足《公路路基設計規范》中表3.6.8規定。在其參數選取方面，應予以考慮紅砂巖材料的劣化對參數的影響，建議填方高度不超過20m。

3.3 紅砂巖填料的路堤的排水設計

①公路路堤排水設計應防、排、疏結合，并與路面排水、路基防護、地基處理以及特殊路基地區（段）的其它處治措施等相互協調，形成完善的排水系統，融入當地的排灌系統和自然水系。

②邊溝設置在山坡路堤的上方一側，或者平坦地段矮路堤的兩側，用以匯集并排除降落在路面和路肩表面、流向路堤坡腳的地面水，以減輕對路面和路基的浸濕程度。紅砂巖路堤邊溝斷面可適度增深增寬，加速公路區域地表水的排泄，減輕地表水下滲對填筑層的影響。

③加大坡面排水力度，一般在混凝土拱型骨架護坡的骨架中設置積水溝，快速疏散坡面積水，減小下滲。

④多雨地區、山嶺和丘陵地區路基排水需設置截水溝，用以攔截路基上方流向路基的地面水，減輕邊溝的水流負擔，保護填方坡腳不受流水沖刷和損害。截水溝的橫斷面形式為梯形。溝的邊坡坡度一般為1∶1~1∶1.5。溝底寬度不小于0.5m，溝深按設計流量經計算而定，不小于0.5m。截水溝長度不宜超過500m。截水溝溝底應具有0.5%以上的縱坡，當條件容許時，縱坡應適當加大，溝底與溝壁要求平整密實，不滯流，不滲水，必要時予以加固和鋪砌。

⑤排水溝主要用于排除來自邊溝、截水溝或其他水源匯集的水流，并將其引至路基范圍以外的指定地點，如附近的橋涵、河谷或遠離路基的低洼地。排水溝的橫斷面形式一般采用梯形，尺寸大小應經水利水文計算而定。用于邊溝、截水溝及取土坑出水口的排水溝，由于流量較小，不需特殊計算，但底寬與深度均應不小于0.5m，土溝的坡度可取1∶1~1∶1.5。

⑥其它未及的排水設計，可依據《公路路基設計規范》第四部分內容進行排水設計。

4 小 結

紅砂巖區域的高速公路建設，利用開挖形成的紅砂巖作為填方材料修筑填方路基既節約了工程造價，又減輕了棄土對環境的影響。但紅砂巖具有膨脹性及易崩解性的工程特性，作為路堤工程填料，必須進行針對性的設計。本文在充分認識紅砂巖的工程特性的基礎上，延伸《公路路基設計規范》以適用于紅砂巖填料路基的設計，具體而言，在紅砂巖填方路基設計方法方面：采用增大橫坡坡度和坡面積水措施、加速疏導地表水快速排泄；采用路基外層包邊和降低松鋪厚度和最大粒徑、加大壓實能量增加密實度，降低滲透性，減小地表水的入滲；從疏、堵兩個角度確保了紅砂巖填料處于相對封閉狀態，抑制了紅砂巖填料的劣化，殘余水活性無法發揮，確保路基填料達到規范要求且長期穩定性得到保障。

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