淺談紅砂巖施工技術(shù)與控制

淺談紅砂巖路基施工技術(shù)與質(zhì)量控制三、紅砂巖路基材料的選用及工前處理1、紅砂巖的基本性質(zhì)紅砂巖基本性質(zhì)的試驗(yàn)結(jié)果表明，具有塊狀崩解的二類紅砂巖水穩(wěn)定性好，其強(qiáng)度隨時(shí)間變化小，路用性能較好；一類紅砂巖的水穩(wěn)定性差，強(qiáng)度受干濕循環(huán)的作用變化較大，但壓實(shí)后透水性很小，因此穩(wěn)定性大為提高，仍可用做路基填料。2、根據(jù)現(xiàn)場施工控制過程，一類和二類紅砂巖爆破開挖后，可以直接運(yùn)至工地進(jìn)行耙壓和碾壓施工，但施工費(fèi)時(shí)，運(yùn)輸困難，對(duì)施工機(jī)械要求高，適用于場地狹小地段。若工期和施工條件允許，最好將剛爆破出來的紅砂巖，在料場就地進(jìn)行工前崩解處理。四、紅砂巖路基填筑施工1、機(jī)械設(shè)備配備序號(hào)機(jī)械設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)1平地機(jī)PYl802振動(dòng)壓路機(jī)YZl8B3羊角碾YZTK184灑水車8t5推土機(jī)D856挖掘機(jī)1m32、紅砂巖路基填筑施工工藝（1）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。（2）布料根據(jù)填筑厚度及作業(yè)面積，計(jì)算上料數(shù)量，用自卸車將填筑料按方格網(wǎng)均勻堆放在路基上，控制每車料的數(shù)量盡可能相等。施工中避免將不同類型的紅砂巖同層填筑，對(duì)于填料中少量的大塊硬質(zhì)巖，應(yīng)剔除或破碎，以確保路基壓實(shí)的均勻性。（3）耙壓、整平經(jīng)過預(yù)崩解處理的紅砂巖填料運(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。（4）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，行駛速度控制在2?3km/h;93區(qū)采用50t以上羊碾振壓3?5遍，行駛速度控制在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。平地機(jī)精平后，用YZI8B以上振動(dòng)壓路機(jī)強(qiáng)振碾壓3遍，行駛速度控制在3?4km/h;最后用YZI8B振動(dòng)壓路機(jī)碾壓4遍，行駛速度控制在3?4km/h。壓實(shí)時(shí)的操作要求，從兩側(cè)路基邊沿向路中推進(jìn)；壓路機(jī)碾壓輪重疊不小于40?50cm。整平后的路堤適當(dāng)灑水使石塊之間有一層潤滑，易于碾壓時(shí)石塊移動(dòng)、嵌瑣，振動(dòng)碾壓以拖式50噸或擊振力50t以上自行式重型壓路機(jī)為佳，尤其在大面積填方作業(yè)中，其優(yōu)點(diǎn)更為突出。壓路機(jī)的碾壓速度對(duì)路堤的壓實(shí)有顯著的影響，當(dāng)鋪層厚度不變時(shí)，傳遞至填方的能量與下列因素成比例;碾壓遍數(shù)/壓路機(jī)速度，壓路機(jī)的速度有一個(gè)最佳值，一般在3?6km/h之間，但在下列情況下建議采用偏低值3?4km/h。（1）需要高密度（2）難于壓實(shí)的材料（3）鋪層較厚。（5）含水量控制在碾壓前要檢測(cè)含水量，紅砂巖填料在碾壓前含水量應(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)。（6）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，我們采用了壓實(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：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)。外觀檢查：要求表面平整密實(shí)，無空隙、松石、坑洼及大的石塊存在，50t以上壓路機(jī)振壓后無明顯輪跡。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。（7）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。五、紅砂巖爆破施工1、爆破方式選取的原則在紅砂巖路基石方爆破施工中，要根據(jù)地形和地質(zhì)上的客觀條件，充分利用各種爆破方法的特性，因地制宜的選用爆破方法，有計(jì)劃的進(jìn)行土石方爆破。各種爆破選取的原則如下：首先根據(jù)石方集中的程度來考慮爆破方法，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。充分利用巖石的崩塌作用，從路基面開挖創(chuàng)造階梯。綜合利用小炮群，分段分批爆破。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。2、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。鉆孔工作是鑿巖爆破中主要工序之一，在整個(gè)爆破過程中所占的時(shí)間比例最大，為提高鉆孔的效率，必須采用外徑80?120mm的潛孔鉆機(jī)。適用于巖石節(jié)理不發(fā)達(dá)的巖層，提高了鑿巖效率。石方爆破的關(guān)鍵就是保證出渣的片石小于25X25cm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)，每立方米的炸藥用量0.40?0.50kg/m3。3、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，這樣就可以用推土機(jī)配合裝載機(jī)和自卸卡車進(jìn)行石方施工或者用挖掘機(jī)配合自卸車進(jìn)行清渣。六、紅砂巖邊坡防護(hù)紅砂巖是具有特殊工程性質(zhì)的地層，它主要為白堊系、第三系的內(nèi)陸河湖相碎屑巖建造，紅砂巖巖體層理節(jié)理及裂隙發(fā)育，受濕度、溫度影響，特別容易風(fēng)化、崩解，長期強(qiáng)度低。因此，紅砂巖路塹邊坡的病害較多。對(duì)紅砂巖路塹邊坡破壞機(jī)理進(jìn)行分析，對(duì)確保行車安全和進(jìn)行有計(jì)劃的施工整治具有重要意義。（1）、紅砂巖的工程地質(zhì)特征由于紅砂巖為沉積巖，巖層層間錯(cuò)動(dòng)而形成的的層間剪切帶和沿軟弱夾層與相鄰硬層的界面常出現(xiàn)泥化夾層（軟弱夾層）。紅砂巖的工程地質(zhì)特征為：①不均勻性，紅砂巖體在分布上有明顯的不均勻性。②具有軟硬相間、交互成層的多元層狀結(jié)構(gòu)。③傾角較緩、褶皺舒緩，密度小而貫通長度大，邊坡巖體破碎、透水性強(qiáng)。（2）、紅砂巖的工程性質(zhì)1）風(fēng)化崩解性紅砂巖巖石成巖程度差．巖質(zhì)較弱．抗風(fēng)化能力差，崩解性強(qiáng)，邊坡巖體的風(fēng)化深度較大，特別是紫紅色泥巖和粉砂巖互層，邊坡風(fēng)化更為強(qiáng)烈，深度可達(dá)10m以上。紅砂巖的風(fēng)化是由溫度與水的共同交互作用的結(jié)果。其風(fēng)化特征是由外營力（溫度、雨水牛）的特征、作用方式、強(qiáng)度及巖體物質(zhì)組成、受構(gòu)造影響程度決定的。岡此，其風(fēng)化性能差異較大，砂巖的抗風(fēng)化性能好，抗壓強(qiáng)度高。2）邊坡巖體結(jié)構(gòu)白堊系巖石形成后，都經(jīng)歷過喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，水平巖層在彎曲和傾斜過程中，都發(fā)生過層間錯(cuò)動(dòng)，層間軟弱夾層在剪切力作用下，形成層間剪切，夾層原來的結(jié)構(gòu)遭到破壞，裂隙明顯增多，透水性增強(qiáng)，在長期雨水和風(fēng)化作用下，層問剪切帶逐漸被泥化，使其強(qiáng)度大大降低。紅砂巖巖層層面傾角較平緩，巖間裂隙發(fā)育，通常還有兩組或以上的構(gòu)造節(jié)理，且節(jié)理面多已張開，路塹邊坡巖體破碎，常有脫空現(xiàn)象，說明巖體還有不同程度的松動(dòng)，降雨可直接滲入邊坡巖體。（3）、紅砂巖邊坡破壞型式紅砂巖邊坡作為巖石邊坡，其穩(wěn)定性一方面受巖石結(jié)構(gòu)面的控制，另一方面受巖石的風(fēng)化和雨水滲透的影響，邊坡坡腳是風(fēng)化最強(qiáng)烈的部位，因此，紅砂巖邊坡的破壞一方面是結(jié)構(gòu)面引起的失穩(wěn)破壞，另一方面是邊坡面的風(fēng)化剝落。紅砂巖邊坡的破壞形式主要有：風(fēng)化剝落、溜坍、崩落、楔體破壞和順層滑坡等。（4）、紅砂巖邊坡破壞機(jī)理分析主要分析紅砂巖邊坡滑坡破壞的機(jī)理，它既有與其他同類型滑坡相類似的形成機(jī)理，如順層滑坡應(yīng)滿足四個(gè)條件：邊坡角B>巖層傾角a；②a>?；③巖石出露；④兩側(cè)面脫開由于紅砂巖特殊的物性特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)，存在一些特殊的形成機(jī)理。1） 滑動(dòng)面幾乎都沿軟弱的泥化夾層發(fā)生紅砂巖體一般軟弱夾層的內(nèi)磨擦角為19—30°，粘聚力C=O.04--0.09kg／cm2,而紅砂巖軟弱夾層由于泥化使抗滑阻力大幅度下降，其內(nèi)摩擦角可以降低至8—11°，甚至于更低。因此，紅砂巖中的泥化夾層是紅砂巖體內(nèi)最軹弱，延伸更長的可能滑動(dòng)面,紅砂巖邊坡巖體的破壞主要沿軟弱的泥化夾層發(fā)生。2） 風(fēng)化作用是滑面抗剪強(qiáng)度衰減的重要原因紅砂巖由于膠結(jié)物以粘土礦物為主,巖體暴露后迅速風(fēng)化,遇水后軟化,其巖體強(qiáng)度迅速降低,層間的粘結(jié)力和摩擦力皆相應(yīng)降低,從而抗剪力也降低。紅砂巖邊坡巖體強(qiáng)烈風(fēng)化的深度較大,可達(dá)l0m以上,而且構(gòu)造節(jié)理多已張開,泥化夾層發(fā)育,長期大雨時(shí),滲入邊坡的雨水,多沿泥化夾層從邊坡上滲出。據(jù)調(diào)查,巖層傾角大于15°的地點(diǎn),基本上開挖暴露后會(huì)失穩(wěn)下滑。有不少地點(diǎn)是在暴露數(shù)年后,由于巖體風(fēng)化層強(qiáng)度降低,在雨季受到裂隙水壓力的影響而觸發(fā)了變形。因此,紅砂巖的滑動(dòng)面,在高溫陽光及雨水等作用下經(jīng)反復(fù)多次干濕和脹縮過外，泥化夾層的強(qiáng)度會(huì)逐漸衰減，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生滑坡，邊坡開挖暴露時(shí)間越長，路塹邊坡穩(wěn)定性越差，及時(shí)支擋、防護(hù)是至關(guān)重要的。3)雨水是紅砂巖滑坡的重要因素紅砂巖邊坡滑坡大都發(fā)生在雨季，滑坡的產(chǎn)生，與當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛病⒌貙訋r性及構(gòu)造條件密切相關(guān)，也與當(dāng)?shù)禺?dāng)年的降雨量和降雨強(qiáng)度有重要的關(guān)系，前者是滑坡形成的內(nèi)因基礎(chǔ)，后者是觸發(fā)滑坡發(fā)生發(fā)展的直接外因條件。降雨造成紅砂巖邊坡滑坡的原因，歸納為①紅砂巖容易風(fēng)化崩解，長時(shí)間大雨使滑面的抗剪強(qiáng)度降低。②孔隙水壓力的影響，紅砂巖層理，節(jié)理及裂隙發(fā)育，若巖塊被一個(gè)充滿水的裂縫切斷時(shí)，裂縫中的水壓力隨深度線性增加，其合力V沿滑面指向坡角方向，穩(wěn)定系數(shù)為：K二CI+(Wcoa-U)tg?Wsina+從上式可以看出沿斜面下滑的致滑力增大了V,而抗滑磨阻力降低了Utg札二者作用使巖石邊坡穩(wěn)定性減小。從動(dòng)態(tài)方面考慮，孔隙水在邊坡巖體內(nèi)分布滲流是非穩(wěn)態(tài)的,邊坡由于孔隙水滲流而引起的位移隨著時(shí)間的增長而越來越大,當(dāng)滲流達(dá)到最終穩(wěn)定狀態(tài)位移才停止。若滲流在某一瞬態(tài)達(dá)到一個(gè)數(shù)值時(shí),邊坡就可能產(chǎn)生滑坡破壞。(5)、注意事項(xiàng)1)紅砂巖不僅在安徽省存在,在我國南方也廣泛分布,隨著我國高速公路的大量修建,已經(jīng)出現(xiàn)很多紅砂巖深切方邊坡。由于紅砂巖工程性質(zhì)差,以前又無系統(tǒng)研究資料,出現(xiàn)過大量問題,因此,路塹邊坡應(yīng)予足夠的重視。2)由于紅砂巖易風(fēng)化崩解,邊坡風(fēng)化剝落破壞的主要環(huán)境因素是夏季高溫的暴曬與突發(fā)性降雨的冷卻。閃此,紅砂巖邊坡外挖后應(yīng)及時(shí)防護(hù)并做好排水工程,適宜采用全封閉式防護(hù)。坡腳是風(fēng)化最強(qiáng)烈的部位,一般宜做坡腳矮墻。3)由于紅砂巖巖性軟弱,泥質(zhì)含量高,遇水軟化崩解,其順層地段應(yīng)充分估計(jì)順層下滑的可能性,并據(jù)此進(jìn)行重點(diǎn)加固,不適宜按一般軟弱巖層邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)。紅砂巖順層滑坡的控制因素是軟弱夾層在層間剪切作用下形成的泥化帶,切層滑坡的控制因素是構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。4）紅砂巖棄方地段，由于開挖后新鮮的紅砂巖路塹暴露空氣中，易風(fēng)化剝落和節(jié)理發(fā)育產(chǎn)生崩塌，護(hù)坡可采用抹面、護(hù)面墻或掛網(wǎng)噴粉植草防護(hù)。紅砂巖同裂隙發(fā)育、雨水影響較大，邊坡設(shè)計(jì)不能按常規(guī)方法處理，需放緩至不小于1:1。七、紅砂巖路基的穩(wěn)定性及沉降分析1、紅砂巖路基的穩(wěn)定性包括強(qiáng)度穩(wěn)定性、變形穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性三個(gè)方面。2、 路基強(qiáng)度穩(wěn)定性體現(xiàn)在地基是否可能因路堤填土荷載及車輛荷載過大而產(chǎn)生失穩(wěn)滑移，路堤本身是否可能因邊坡設(shè)計(jì)不合理或填土強(qiáng)度隨時(shí)間降低而產(chǎn)生開裂滑塌。試驗(yàn)結(jié)果表明，紅砂巖試件的抗剪強(qiáng)度與一般粘土接近，但紅砂巖的水穩(wěn)定性差，易受積水浸泡的影響強(qiáng)度顯著降低，所以，對(duì)于填土高的紅砂巖路基應(yīng)按飽水后的強(qiáng)度進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。3、 路基的變形穩(wěn)定性體現(xiàn)在地基及路堤的變形隨時(shí)間變化的特性。當(dāng)路基的變形在鋪筑路面前基本完成，則對(duì)公路的使用不會(huì)造成影響。只要紅砂巖路基的壓實(shí)度達(dá)到技術(shù)要求，并保證路基不受外界積水作用，工后沉降會(huì)很小，試驗(yàn)表明，填筑高度為6米時(shí)，路基一年的累計(jì)沉降量為3cm。4、 水穩(wěn)定性是紅砂巖路基保持穩(wěn)定的關(guān)鍵，一類紅砂巖的未壓實(shí)路堤水穩(wěn)定性差，受積水長期浸泡后強(qiáng)度明顯降低，易使路基局部產(chǎn)生沉陷病害，必須注意采取隔水防滲措施。5、 對(duì)于填土高度小于6米的試驗(yàn)路段，橫向變形不超過2cm。6、 路基成型約三個(gè)月后，采用藍(lán)派壓路機(jī)（沖擊力300噸）沖壓，路基沉降量僅為2?3cm。7、 紅砂巖路基尤其是高填方路堤要有一年左右的施工期及充分的沉降期。后迅速風(fēng)化，遇水后軟化，其巖體強(qiáng)度迅速降低。八、紅砂巖路基常見病害及防治對(duì)策1、紅砂巖路基可能出現(xiàn)的穩(wěn)定性病害主要表現(xiàn)：當(dāng)紅砂巖路堤修筑于松軟不均勻地基上時(shí)，因地基產(chǎn)生明顯的不均勻沉降而失穩(wěn)破壞。按路基施工規(guī)范和設(shè)計(jì)要求施工的紅砂巖路基一般不會(huì)發(fā)生整體滑動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象，但當(dāng)紅砂巖路基填筑高度大于20m時(shí)，可能出現(xiàn)整體滑動(dòng)失穩(wěn)病害，這時(shí)應(yīng)對(duì)紅砂巖路基的整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。2、紅砂巖路基施工的特點(diǎn)在于，紅砂巖材料的水穩(wěn)定性差，容易受外界積水和大氣環(huán)境干濕循環(huán)變化的影響，其顆粒有進(jìn)一步崩解破碎和強(qiáng)度軟化的可能。施工不合理的紅砂巖路基可以產(chǎn)生沉陷，主要原因有以下幾個(gè)方面：①紅砂巖路堤未按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工碾壓，填料壓實(shí)度達(dá)不到技術(shù)要求，或壓實(shí)不均勻，導(dǎo)致工后沉降。紅砂巖路堤下地基松軟，沉降明顯。對(duì)于紅砂巖路基，有可能產(chǎn)生浸水崩解軟化，在路堤荷載作用下下沉。與構(gòu)造物相鄰地段路基采用紅砂巖填筑，由于對(duì)紅砂巖填料的壓實(shí)質(zhì)量差，而構(gòu)造物的沉降微小，導(dǎo)致產(chǎn)生明顯的不均勻沉降。紅砂巖路基局部未壓實(shí)或壓實(shí)后存在的顆粒過大（大于 25cm），受到外滲積水浸濕軟化和進(jìn)一步崩解，導(dǎo)致不均勻沉降。紅砂巖路肩及邊坡處碾壓不密實(shí)，受到雨水浸蝕和大氣環(huán)境干濕循環(huán)變化的影響，產(chǎn)生沉陷和路肩開裂。填挖結(jié)合段及陡坡路段用紅砂巖填筑路基時(shí)，結(jié)合界面處理不適當(dāng)，填料壓實(shí)不均勻，導(dǎo)致局部沉陷。紅砂巖路基與其它填料接頭部位，由于壓實(shí)不均勻和排水措施不完善，導(dǎo)致不均勻沉陷。3、紅砂巖路基病害的防治對(duì)策①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。②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?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運(yùn)期間，要加強(qiáng)排水和隔水措施