高速公路紅砂巖路基病害分析及防治技術(shù)

高速公路紅砂巖路基病害分析及防治技術(shù)摘要】工程實(shí)踐表明，紅砂巖是一種不良的路基填料，其對(duì)既有公路的路基和邊坡工程產(chǎn)生了不同程度的不良影響，易出現(xiàn)路基沉陷、邊坡坍塌、路面損壞等現(xiàn)象。然而，部分區(qū)域高速公路建設(shè)中需要大量的路基填料，鑒于工期、造價(jià)及環(huán)保等方面的因素不得不使用，通過(guò)對(duì)紅砂巖路基病害進(jìn)行分析，在紅砂巖應(yīng)用時(shí)做針對(duì)性的設(shè)計(jì)、施工，從源頭上做到病害防治。

關(guān)鍵詞 高速公路；紅砂巖路基；病害；防治

RedSandstoneRoadbedDefectAnalysisandPrevention

JuZe-jin

(AnhuiProvinceRoadandBridgeEngineeringGroupCo.,LtdHefeiAnhui230000)

【Abstract】Engineeringpracticeshows,redsandstoneisabadroadbedfiller,itsroadbedandslopeengineeringofexistingroadshadanegativeimpactinvaryingdegrees,proneroadbedsubsidence,slopecollapse,roaddamageandotherphenomena.However,someregionalhighwayconstructionrequiresalotofroadbedfiller,inviewofthedurationfactor,costandotheraspectsofenvironmentalprotectionhavetouse,throughananalysisofredsandstoneroadbeddiseases,dospecificdesign,constructionatthetimeofapplicationofredsandstone,achievediseasecontrolatthesource.

【Keywords】Highway;Redsandstoneroadbed;Diseases;Prevention

1.引言

（1）紅砂巖是陸相紅色巖系，富含鐵質(zhì)氧化物，呈紅色、深紅色或褐色的泥巖、砂巖、泥質(zhì)砂巖等統(tǒng)稱(chēng)，在我國(guó)分布比較廣泛，約占全國(guó)陸地總面積的8.61%，是土木工程建設(shè)中不可避免的一類(lèi)巖土體，若對(duì)涉及紅砂巖路段路基進(jìn)行換土的處理方式，不僅會(huì)大大提高工程造價(jià)，造成額外的工程開(kāi)支，同時(shí)將使工期延長(zhǎng)，大量紅砂巖棄土方也會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境。隨著我國(guó)高速公路的興建，紅砂巖填料的合理利用，已日益成為工程界和學(xué)術(shù)界重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

（2）工程實(shí)踐表明，區(qū)域性分布的紅砂巖已經(jīng)對(duì)既有公路的路基和邊坡工程產(chǎn)生了不同程度的不良影響，易出現(xiàn)路基沉陷、邊坡坍塌、路面損壞等現(xiàn)象。這就需要我們?cè)诰唧w應(yīng)用時(shí)必須具有針對(duì)化的設(shè)計(jì)、施工，從源頭上進(jìn)行病害防治。

2.紅巖填料的工程特性和分類(lèi)

2.1工程特性。

（1）遇水膨脹和崩解。

紅砂巖在干燥、潮濕反復(fù)的自然環(huán)境下，經(jīng)陽(yáng)光、大氣，特別是降雨，易崩解為小碎塊，體積有所增加，崩解后紅砂巖遇水后強(qiáng)度快速降低，在機(jī)械或人力作用下易成渣泥狀，且該過(guò)程不逆轉(zhuǎn)。

（2）高吸水性、透水性和難蒸發(fā)性。

紅砂巖崩解后，其吸水能力較強(qiáng)，且很難再次蒸發(fā)，工程施工過(guò)程中，紅砂巖的壓實(shí)度即使?jié)M足規(guī)范要求，但是仍存在較大孔隙率，這使其透水能力相對(duì)較強(qiáng)。

（3）低粘結(jié)性。

破碎后重新組合的紅砂巖，黏結(jié)性能小，易松散，做壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)，很難取到塊狀樣品，這說(shuō)明紅砂巖路基的整體性和板塊性較差，強(qiáng)度也具有不可逆轉(zhuǎn)性。

（4）易風(fēng)化性。

紅砂巖遭到破壞后，暴露在自然環(huán)境下，經(jīng)過(guò)干燥潮濕反復(fù)作用下，根據(jù)時(shí)間長(zhǎng)短先后風(fēng)化成小塊狀、顆粒狀、粉質(zhì)狀，風(fēng)化后的紅砂巖對(duì)施工壓實(shí)比較有利。

（5）不均勻沉降。

由于粒徑和級(jí)配難以控制，輔以紅砂巖易破碎，紅砂巖路基容易出現(xiàn)較大的不均勻沉降。

綜上所述，紅砂巖的工程特性主要表現(xiàn)為：強(qiáng)度因礦物成分和膠結(jié)物質(zhì)的差異而變化頗大，受水浸濕或在大氣環(huán)境下受干濕循環(huán)的作用，巖石呈塊狀或粒狀崩解碎；或軟化崩解成土，甚至泥化，致使強(qiáng)度降低，工程性質(zhì)較差。

2.2工程分類(lèi)。

根據(jù)紅砂巖工程特性，將紅砂巖分成兩類(lèi)：崩解性紅砂巖和不崩解性紅砂巖。

2.2.1崩解性紅砂巖。

（1）將紅砂巖樣品在105°C烘干后，冷卻至常溫，并浸水觀察其水穩(wěn)性，若在24h內(nèi)崩解成塊狀、粒狀、渣狀、泥狀等，其體積呈現(xiàn)膨脹性；

（2）天然狀態(tài)下，飽水紅砂巖試樣的單軸抗壓強(qiáng)度≤15MPa；

滿足上述條件的紅砂巖屬于崩解性紅砂巖。

2.2.2不崩解性紅砂巖。

（1）將紅砂巖樣品在105°C烘干后，冷卻至常溫，并浸水觀察其水穩(wěn)性，若在24h內(nèi)未崩解，或僅在棱角，或極少量崩解，總崩解量不超過(guò)總量的1%。

（2）天然狀態(tài)下，飽水紅砂巖試樣的單軸抗壓強(qiáng)度>15MPa；

滿足上述條件的紅砂巖屬于不崩解性紅砂巖。

3.紅巖填料路基病害類(lèi)型及原因分析

基于崩解性紅砂巖填料的工程性質(zhì)不理想，一般不能直接作為路基填料，但經(jīng)過(guò)一定處理措施后是能夠滿足路基填料要求的。目前紅砂巖填料路基已經(jīng)應(yīng)用于多條高速公路中，由于處理措施或防護(hù)措施不到位，紅砂巖路基容易造成路基沉陷或軟化膨脹失穩(wěn)，承載力降低，路面嚴(yán)重開(kāi)裂、翻漿唧泥等多種病害。

3.1路基沉陷。

該病害常出現(xiàn)在橋背、管涵連接處，路基碾壓過(guò)程中，局部壓實(shí)度不能達(dá)到壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，孔隙率偏大，一旦遇到排水不暢、雨水從路基邊緣和坡面排水薄弱面滲入到路基內(nèi)部，導(dǎo)致路堤下的地基橫向承載力降低，同時(shí)路堤邊緣開(kāi)始產(chǎn)生沉降沉陷且沉降量遠(yuǎn)大于路基中央，此時(shí)，路基橫向承載力出現(xiàn)驟降面，進(jìn)而引發(fā)路面在驟降面附近產(chǎn)生縱向裂縫。由于路基的不均勻沉陷，造成路面產(chǎn)生次生病害，嚴(yán)重時(shí)裂縫兩側(cè)出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象（路基沉陷形成機(jī)理見(jiàn)圖1）。

3.2路面裂縫。

（1）對(duì)于紅砂巖填料的路基橫向或斜向裂縫常出現(xiàn)在軟硬交界面附近，如土石基礎(chǔ)的交接處、橋臺(tái)與土基交接處等，有些屬于不均勻沉降造成的，有些則屬于紅砂巖填料劣化形成的。

（2）當(dāng)路面積水下滲至紅砂巖填料層，引起局部填料遇水崩解泥化，局部脫空，失去承載力，該位置在路面荷載的長(zhǎng)期作用下，逐漸產(chǎn)生裂縫，并延伸至路面，形成反射裂縫，如圖2所示。

圖2路基反射裂縫形成機(jī)理

（3）在填料壓實(shí)度不足時(shí)，填料在水和行車(chē)荷載做用下逐漸軟化，且軟化范圍逐漸擴(kuò)散，縱橫向裂縫交錯(cuò)發(fā)展，裂縫加長(zhǎng)增寬，形成網(wǎng)狀裂縫。網(wǎng)狀裂縫屬于路面結(jié)構(gòu)破壞，嚴(yán)重影響道路使用性能。

3.3翻漿唧泥。

在紅砂巖填筑的路基段如處理不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)不同程度的病害，路基病害便會(huì)反射到路面中，出現(xiàn)不同程度的裂縫。在雨季，一旦排水不暢，雨水滲入裂縫周?chē)⑦M(jìn)一步軟化填料，在路面荷載作用下，軟化的泥漿從裂縫處唧出，形成翻漿唧泥現(xiàn)象。隨著翻漿唧泥病害的加深，裂縫附近路面會(huì)下沉，發(fā)展新的裂縫，擴(kuò)大病害范圍，如此反復(fù)最終路面形成坑槽。

4.對(duì)紅砂巖路基設(shè)計(jì)施工的防治對(duì)策

結(jié)合紅砂巖的工程特性和常見(jiàn)病害的分析，水是觸發(fā)病害的主要外因，膨脹性及易崩解性是內(nèi)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(shí)度，特別是盡可能維持紅砂巖填料處于相對(duì)封閉狀態(tài)，避免殘余水活性的發(fā)揮。

4.1紅砂巖填料要求和壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

紅砂巖填料的強(qiáng)度與壓實(shí)度具有良好的相關(guān)關(guān)系，隨著壓實(shí)度的提高，紅砂巖填料壓實(shí)后的抗剪強(qiáng)度及CBR值均有不同程度的增大，而泡水后的吸水量及浸水膨脹量卻呈減小的趨勢(shì)，與此同時(shí)，壓實(shí)后的滲透系數(shù)也隨著壓實(shí)度的增大而急劇減小，因此在紅砂巖填料碾壓時(shí)，應(yīng)盡量使其壓實(shí)度達(dá)到最佳，以提高強(qiáng)度，降低透水性，控制吸水膨脹的不良影響。因此紅砂巖做為高速公路路基填料，其最小強(qiáng)度和壓實(shí)度滿足表1要求。

4.2填方路基的一般性設(shè)計(jì)原則。

（1）用紅砂巖修筑公路路堤，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，做好斷面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和排水設(shè)計(jì)，保證紅砂巖路堤有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

（2）采用紅砂巖作為路基填料，應(yīng)綜合考慮紅砂巖的膨脹性和易崩解性，因此路基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵核心問(wèn)題就是保障紅砂巖填料的相對(duì)封閉，尤其是保持水分的相對(duì)穩(wěn)定，因此應(yīng)加大路面、坡面排水力度，確保排水系統(tǒng)與當(dāng)?shù)厮当３滞〞场?/p>

（3）紅砂巖填料高路堤應(yīng)考慮填料劣化形成的強(qiáng)度削弱對(duì)整體穩(wěn)定性的影響，防止整體滑動(dòng)或局部塌肩。在參數(shù)選擇方面應(yīng)基于設(shè)計(jì)情況下的強(qiáng)度參數(shù)，不能采用峰值強(qiáng)度作為穩(wěn)定性驗(yàn)算依據(jù)。

4.3紅砂巖填料的路堤斷面設(shè)計(jì)。

（1）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：直線型、折線型和平臺(tái)式。

（2）對(duì)于采用紅砂巖做為填料填筑的路堤，其外面應(yīng)采用中性粘性土進(jìn)行封閉包裹，且增大路基橫坡設(shè)置，防止雨水滲入路堤。

4.4施工控制。

采用爆破初步解小大的原狀巖體后，應(yīng)采用破碎錘進(jìn)一步解小，拖式羊足碾破碎擠密，再依靠振動(dòng)功能強(qiáng)大的機(jī)械和沖擊碾壓設(shè)備，可以通過(guò)巨大的振動(dòng)壓實(shí)能使碾壓路基層中的大部分紅砂巖顆粒形成粉狀甚至泥狀物，解小的巖體，不僅能充分填充殘余的顆粒間的孔隙，達(dá)到減小滲透性和壓縮性的目的，還能包裹著其它殘余的母巖顆粒，形成保護(hù)層阻隔外界水對(duì)母巖顆粒的作用，以進(jìn)一步加強(qiáng)路基土體的強(qiáng)度。

5.結(jié)語(yǔ)

5.1紅砂巖的強(qiáng)度因礦物成分和膠結(jié)物質(zhì)的差異而變化頗大，受水浸濕或在大氣環(huán)境下受干濕循環(huán)的作用，巖石呈塊狀或粒狀崩解碎；或軟化崩解成土，甚至泥化，致使強(qiáng)度降低，工程性質(zhì)較差。

5.2結(jié)合紅砂巖的工程特性和常見(jiàn)病害的分析，水是觸發(fā)病害的主要外因，膨脹性及易崩解性是內(nèi)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(shí)度，特別是盡可能維持紅砂巖填料處于相對(duì)封閉狀態(tài)，避免殘余水活性的發(fā)揮。

5.3通過(guò)加大振動(dòng)壓實(shí)能量使碾壓路基層中的大部分紅砂巖顆粒形成粉狀甚至泥狀物，解小的巖體，不僅能充分填充殘余的顆粒間的孔隙，達(dá)到減小滲透性和壓縮性的目的。

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