公路工程紅砂巖路用性能試驗及質量控制探討

摘要 紅砂巖在我國南方地區(qū)路基施工中，分布廣泛，若不能對其性能、施工過程實施有效控制，勢必會對環(huán)保造成嚴重影響。鑒于此，文章針對紅砂巖路用性能、質量控制實施科學探究，根據室內試驗、相關工程實踐，確定了紅砂巖工程特性，并制定了一系列科學有效的施工質量控制措施，以期為類似工程提供參考。

關鍵詞 紅砂巖；崩解特性；路基施工；效果評價

中圖分類號 U416.13 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0103-03

0 引言

經濟的快速發(fā)展，使得人們對生存環(huán)境的質量要求愈加嚴苛。紅砂巖作為一種特殊路基填料，其性能極易受周圍環(huán)境影響，對環(huán)境造成一定程度破壞，如何科學高效地解決環(huán)保問題，確保路基填筑的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，已成為目前面臨的主要問題。基于此，該文采用室內試驗與圖表分析相結合的方法，對湖南某公路項目沿線紅砂巖組成成分、工程特性、崩解特性等展開研究，并根據實踐經驗，制定了針對性的路基處治及施工控制措施。

1 紅砂巖特性

紅砂巖用作路基填料時，因其自身性質受環(huán)境作用較大，遇水容易出現裂解軟化，承載性能較差，易風化。工程實踐中未經處理的紅砂巖性能較差，不可直接用于路基填料。在我國湖南、四川等中南部地區(qū)，分布大量的紅砂巖地質帶，公路項目建設沿線遇紅砂巖分布區(qū)時，若采取挖除換填法對路基進行處理，勢必會造成嚴重的環(huán)保問題，并增加施工成本。經綜合考慮，決定對紅砂巖實施改良處理，通過對施工質量科學把控，實現紅砂巖的有效利用。

1.1 化學成分分析

通過現場取樣的方式，從現場提取紅砂巖樣品，對其化學組成、力學性能實施綜合檢測，如表1～表3所示。通過表1能夠看出，紅砂巖中鐵離子主要以Fe2O3的形式存在，且內部存在較多的蒙脫石、伊利石，遇水易出現崩解現象[1]。

1.2 顆粒篩分和擊實試驗

影響紅砂巖工程性質的另一重要因素為土壤顆粒粒徑，可通過顆粒篩分試驗了解紅砂巖土樣粒徑分布情況。該試驗得出紅砂巖土樣的顆粒含量孔徑主要介于0.075～2 mm之間，曲線不均勻系數低于5.0，曲率系數低于1.0，可知其為不良級配。

為進一步確定土體工程性能，分別采用烘干法、圓錐儀法、重型擊實試驗測定土壤含水率、塑限、最大干密度等參數，經土顆粒篩分測試結果顯示，該紅砂巖土體含水率為12.73%，塑限為19.61%，塑限指數為17.29，最大干密度為19.21 g/cm3，屬粉土質砂，工程性質較差[2]。

1.3 CBR試驗結果

土樣自身強度也是路基填筑的重要指標之一，工程實踐中主要控制CBR和壓實度兩大指標。該文通過CBR試驗探究93%、95%兩種壓實度環(huán)境下，紅砂巖土樣強度參數，并對比分析崩解情況，結果如下表4所示：

通過上表4所示數據可知，從CBR強度角度看，該文采集的紅砂巖土樣基本符合高速公路路床填筑要求，但受濕度影響較大，在濕度環(huán)境下易出現膨脹、崩解問題，因此必須有針對性予以治理后方可用于填筑施工[6]。

2 紅砂巖的崩解特性與作用機理

崩解特性指的是受陽光、大氣等條件影響，紅砂巖風化速度加快，分解為碎片、顆粒等，尤以陽光、雨季等環(huán)境下表現更為顯著。紅砂巖風化完全后，其強度大大衰減。紅砂巖遇水崩解對其強度、膨脹性能、水穩(wěn)性等有直接影響，不利于路基穩(wěn)定，如不予以治理，將影響公路服役期限[3]。

為確定紅砂巖遇水軟化特性情況，該文對紅砂巖土樣進行不同粒徑、不同壓實度工況下的崩解試驗。于網板上放置采集的紅砂巖土樣，置入玻璃桶內，加入清水，旨在了解浸水環(huán)境下紅砂巖崩解演變規(guī)律。

試驗過程中，根據電子秤讀數記錄殘余土樣質量，并計算其占比，直至紅砂巖土壤完全崩解。根據試驗結果，建立殘余土壤占比隨浸水時間變化的關系曲線，結果見圖1所示。根據圖中所示數據可知：（1）土樣剛入水時，經由孔隙水分進入紅砂巖中，排出孔隙中的空氣，該階段紅砂巖土樣含水率直線上升，紅砂巖土樣遇水崩解速率非常緩慢，低于土樣的飽和速率，因此該階段曲線測點質量均大于土樣質量，峰值出現于浸水約4h；

（2）兩種壓實度的土壤含水率均趨于飽和，土壤開始加速崩解，約30h后，紅砂巖土樣全部崩解；（3）對比不同壓實度下的崩解曲線，崩解速率與壓實度呈負相關關系，即壓實度越高其土樣崩解速率越低，95%壓實度土樣的崩解速率低于93%壓實度土樣；（4）完全崩解時間與壓實度呈正相關關系，即壓實度越高完全崩解時間越多，93%壓實度土樣完全崩解時間少于95%壓實度土樣崩解時間[4]。

根據現有研究，紅砂巖組成材料為伊利石、石英等，該組分親水性較強，浸入水中后，組成材料與水分子結合，發(fā)生反應逐步溶于水，影響紅砂巖的強度，降低其整體黏聚力，最終出現崩解情況。使用XRD衍射試驗測定殘余土樣了解情況，經試驗發(fā)現，土樣崩解后礦物組成未出現變化，但含量降低，表明該文所解釋的崩解機理符合實際。同時，室內試驗表明，若要確保紅砂巖填料穩(wěn)定性，施工中需有針對性予以治理。實踐中治理措施主要有兩種：（1）為規(guī)避紅砂巖接觸水分，或降低水分浸入量，確保填料強度較高；（2）為借助化學或物理方法變更紅砂巖組成。

3 紅砂巖路基施工及質量控制

（1）開展崩解試驗，了解紅砂巖土樣浸入水中后的抗壓情況、性質，了解現場取土樣填料情況，入水24 h后其強度低于15 MPa，肉眼觀察土樣分解為碎屑結構，由此判斷紅砂巖為Ⅱ類。雖然文中提出，該紅砂巖土樣CBR值基本滿足施工需求，但實際用于施工前還需預處理紅砂巖，將紅砂巖的水活性降低乃至消除。

（2）為取得合適紅砂巖填料，交通工程建設領域一般對紅砂巖實施預處理，所謂預處理指紅砂巖用于路基填筑施工前，經由人工灑水等措施，將紅砂巖崩解加快，將易溶于水的部分剔除后，用于路基填筑施工，降低直接使用后公路運營期出現病害的概率。同時紅砂巖浸入水中，巖體更易于破碎，強度有效降低，得以軟化，紅砂巖挖取更容易，且有利于碾壓施工。預崩解操作時應注意及時排出水分，通過耙壓措施提升紅砂巖的松散度，易于水分流失和蒸發(fā)，且將紅砂巖中大顆粒部分排除，優(yōu)化路基級配。該文對土樣進行上述操作發(fā)現，3～4次耙壓更為合理，土樣級配更優(yōu)，填料壓實后強度更高[5]。

（3）因該文選擇的紅砂巖土樣為Ⅱ類，根據室內試驗，路基施工時需摻入水泥，摻入量約4%。為提升路基施工質量，現場使用灌砂法檢測改良填料的壓實度，觀察路基碾壓后的外觀，確保路基平整度高，光滑效果好，重點檢查壓實后沉降情況，確定其是否滿足規(guī)范要求；同時，實施層層壓實施工措施，400～800 m2設檢測點1個，若環(huán)境較為復雜，填料要求較高，檢測點可加密。下圖2所示為改良處理紅砂巖的技術工藝情況。

（4）壓實度檢測：通常采用沉降法和外觀檢驗法對紅砂巖路基實施壓實度檢測。沉降檢測法主要通過對各樁號設置5～9個高程點，分別對各點壓實前后的高程實施準確測量，當二者差值小于3 mm，證明壓實度符合要求。

（5）水穩(wěn)定性：選擇40 m長、3 m高、與設計同寬的試驗路段，在48 h持續(xù)降水95.9 mm條件下，利用挖掘機在壓實區(qū)域開挖深2.0 m、長4.0 m、寬1.5 m基坑，分別測出坑中深0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m位置處的含水量。為防止降水干擾紅砂巖底層路基采用包邊法組織施工，路基項層采用換填法組織施工。

（6）路基強度：CBR值滿足規(guī)范規(guī)定；浸水28 d后的膨脹量試驗結果顯示，路基水穩(wěn)性能良好。

（7）路基沉降：為控制紅砂巖路基沉降問題，紅砂巖每填筑2 m沖壓一次。采用該方案對93區(qū)域路基實施填筑，其代表彎沉值為171（0.01 mm），滿足設計文件要求。

4 施工環(huán)保措施

施工時，注意保持施工區(qū)域衛(wèi)生，及時清除施工區(qū)域內的生活垃圾及建筑垃圾，設置專職垃圾分類管理人員，并劃定分類垃圾臨時儲放區(qū)，做好垃圾分類處理，定時定點組織垃圾清運。

根據項目實際情況及國家和地方性法規(guī)要求，建立環(huán)保管理預案，加強施工過程中的環(huán)保管理和工人環(huán)保意識培訓，將環(huán)保理念貫穿于項目施工管理的全過程。

5 現場施工效果評價

路基填筑完畢，對已完路基表面回彈模量實施綜合檢測，檢測儀器采用PFWD便攜式落錘彎沉儀。檢測結果顯示，該路段40個路基回彈模量測點，檢測值均在60 MPa以上，符合設計及標準要求，驗證了該紅砂巖路基處理工藝的可行性。

路基檢測完畢并驗收通過后，及時組織后續(xù)工序施工，防止降雨等環(huán)境水害破壞路基。為進一步驗證該工程所用砂巖路基處理方案的可行性，選取典型斷面設置5個沉降觀測點，對路基彎沉狀況實施跟蹤監(jiān)測。監(jiān)測結果顯示，在路基自然固結超過1.5年以上，其累積最大彎沉值1.63 cm，總體趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結論

該文對紅砂巖路用性能及崩解特性進行了綜合分析，并結合具體工程實踐經驗，對其施工方式和質量控制實施科學探究，結果表明：對于山地丘陵等土資源匱乏區(qū)域，采用外調土方換填的方式施工成本較高，經綜合比較，采用紅砂巖改良處治的方式實施路基填筑，其各項性能指標均符合規(guī)范要求，適用于除96區(qū)域外的所有路基填筑。通過在該工程的實際應用，效果顯著，其具體結論如下：

（1）紅砂巖土樣遇水后，其含水量升高，呈現緩慢崩解現象，浸水4 h崩解速度達到最大，約30 h后，其土樣完全崩解。

（2）紅砂巖填筑施工應澆水處理，加速其崩解，采用3～4次耙壓使內部水分充分蒸發(fā)和散失，使土樣性能更加優(yōu)良，填筑壓實后承載能力更高。

參考文獻

[1]裴宗文.紅砂巖路基工程施工技術探討[J].綠色環(huán)保建材， 2021（2）：123-124.

[2]何斌，邱洲，王云，付偉，等.考慮干濕循環(huán)效應紅砂巖路基填料分類方法初探[J].路基工程， 2021（02）：45-50.

[3]張澤豐，劉曙光，劉詠華，等.紅砂巖路用性能試驗與施工質量控制研究[J].工程技術研究， 2021，6（16）：141-142.

[4]宮鳳強，鐘文輝，高明忠，等.卸荷和沖擊載荷作用下高應力紅砂巖的動力特性（英文）[J].Journal of Central South University， 2022（2）：596-610.

[5]劉煒奇.高含水率紅砂巖泥化洞渣的路用改良土力學特性研究[D].贛州：江西理工大學， 2021.

收稿日期：2024-07-12

作者簡介：石通義（1992—），男，本科，工程師，主要從事公路工程試驗工作。