浏醴高速公路红砂岩路用工程性质试验研究★

周强科 陈 博 周晗晗

(1.湖南省浏醴高速公路建设开发有限公司，湖南长沙 410329;2.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410004)

1 概述

红砂岩是湖南常见特殊土质，也是出现地质灾害比较严重的区域之一，它的软化系数均比较低，浸水崩解。红砂岩的这种特殊工程性质，使得工程上常常发生问题，而又得不到妥善的解决，这类事件在国外也时有发生。湖南省的红砂岩跟其他地区的红砂岩成分不一样，主要为红色的粉砂质泥质岩、泥质粉砂岩等，易风化，易分解，结构松散，当岩层处于顺层坡，更易产生滑坡、崩塌等情况。由于红砂岩在湖南分布较广，湖南几乎所有干线高速公路都会通过红砂岩地区。本次工程浏醴高速K10+218～K10+318的路堑边坡，我们采用了柔性支护，可以直接采用红砂岩填筑。若红砂岩材料直接用于高等级公路路基的填筑，施工工艺、工程性质将是我们面临的主要问题，并在填筑以后的路用性能及在荷载下的变形规律也将成为以后的研究方向。

在浏醴高速K10+218～K10+318中的路堑边坡，本来也是使用的红砂岩直接填筑的拱形骨架防护，在施工后不久，遇到了降水，而出现了坍塌，并越来越严重。而在湖南省其他地区，红砂岩路段存在大量工程问题，如桥头跳车，路基沉降，路面开裂等一系列问题。而在中国其他省市的红砂岩地区的调查中同样也出现了这类问题，甚至在国外都屡见不鲜，说明红砂岩在目前来说对于直接填筑还存在一些不足，并对公路的使用造成很大的损害。

为此，依托湖南省浏阳(黄泥界)至醴陵高速公路工程1～4合同段的实体工程，对于其成分组成、物理性质展开了试验，以掌握浏醴高速红砂岩的工程特性;通过击实试验、CBR试验等，并进行了路堑边坡的柔性支护现场施工，确定了红砂岩的各项技术参数，为红砂岩的设计与施工提供了参考，并提出了适用于浏醴高速路堑边坡的施工工艺。

2 红砂岩的土质特征

通过研究表明红砂岩多数浸水崩解或略有崩解。按照这类特性把红砂岩分成了三类:一类岩:红砂岩浸水崩解或崩解强;二类岩:红砂岩浸水略有崩解或崩解不强。而对于同一红砂岩料场，把一类岩和二类岩混合使用，这时候就看填料以哪类岩为主，就算哪类岩对待;三类岩:红砂岩浸水完全不崩解，且水稳定性好，强度高，在民间多数用来作为建筑石材使用。

浏醴高速在浏湘盆地北部，属于白垩纪沉积地层，其岩性主要为泥质粉砂岩、石英砂岩及砂岩等。浏醴高速的红砂岩成分又与湖南省其他地区的红砂岩不同。一般的红砂岩会含有一定量粘土矿物质。而浏醴高速的红砂岩就几乎不含任何粘土矿物，所以它的强度较高，强度分布区间为12 MPa～30 MPa，为软质岩。

3 红砂岩的矿物成分及物理性质

本次试样分别为建浏醴高速公路K2+900，K11+600，K12+100，K14+600桩号的4种不同类型的白垩系及下元古界(板溪群)红砂岩，样品依次编号为 6197，6198，6199，6200。为方便描述，将使用L1～L4代替。试样都是采自原状岩土样品，密封保水送由中国科学院地质与地球研究所和北京中地务实地质工程技术有限责任公司对其物理指标及矿物化学成分进行测试分析。其全岩矿物与粘土矿物分析结果见表1。

表1 湖南省浏醴路红色风化岩全岩矿物与粘土矿物定量分析结果

表2 湖南省浏醴高速路红色风化岩分析测试结果

四种样品全岩矿物除L4外，90%以上都是由石英和粘土矿物两种组成。通过对原状样的测试，其天然含水率依次为4.48%，28.73%，21.42%，6.63%，对应容重依次为 1.97，1.89，1.91，2.26。岩块干燥饱和吸水率 L2最高为 43%，L4最低为5.7%。L1为粉红色节理化风化泥板岩，锤击易碎，浸水后软化但不破坏;L2赤红色，质软，手掰可碎，局部见微层理、节理，浸水后崩解物为泥膏状;L3碎块状充填泥质物，偶见层理，可掰碎，浸水软化呈碎屑状。四种土的蒙脱石含量差异很大，最小的仅为L1的0.97%，最高的L3达13.8%，L2居中为7.4%。其中L2，L3具有弱(中)膨胀势，L1具微膨胀势，L4不具膨胀势。软硬度最高的是 L4，为30 MPa～40 MPa，L2，L3 最小仅为1 MPa～5 MPa。通过崩解试验获得四种样品的崩解耐久性，L1，L4的耐久性高，而L2，L3的崩解耐久性低。L1，L4胶结程度为中等胶结，L2，L3胶结程度为弱胶结(见表2)。

4 红砂岩的工程力学性质

为了解、评定湖南浏醴高速红砂岩的力学工程性质，我们对样品L1，L4进行了击数为98的重型击实试验及常规CBR试验，获得了该两种样品的最佳干密度、最佳含水率以及对应最大干密度的CBR值(见图1，图2)。由试验得L1的最大干密度为1.94 g/cm3，最佳含水率为11.6%，而赤红色的样品L4的最大干密度为2.20 g/cm3，最佳含水率为9.0%。

而L1的膨胀率较 L4的0.06%高出多达57倍，为3.44%。两组试件泡水4 d后CBR试验得出:L1样品贯入量为2.5 mm的CBR 值为(3.5%+3.7%+3.7%)/3=3.6%，贯入量为 5 mm 时CBR平均值为6.3%;L4的强度较L1稍高，分别为6.0%，13.3%。从图1，图2试验结果来看，两种土基本满足路堑填筑要求。

图1 L1样品的击实试验

5 结语

通过室内试验，对浏醴高速红砂岩的工程性质进行了研究，得到了以下几点认识:

图2 L4样品的击实试验

1)红粘土干燥后，遇水易崩解或略有崩解。

2)通过击实试验确定其最大干密度和最佳含水量，能有利的指导路堑边坡的填筑施工。

3)通过室内CBR试验得出2种土质都能基本满足路堑填筑要求。

［1］张剑锋，岳国生.红砂岩修筑浆砌石坝的岩土工程研究［J］.上海地质，1989，30(2)：1-5.

［2］JTJ 051-93，公路土试验规程［S］.

［3］邓靓宇，赵明华.高速公路红砂岩路基修筑技术［M］.北京：外文出版社，2002：80-83.

［4］刘林芽，高柏松.红砂岩工程特性的试验研究［J］.铁道建筑，2007(9)：44-46.