对常用红砂岩路基施工技术的研究

刘东明

摘要：随着我国高等级公路建设的迅猛发展，用作路基填筑的材料越来越多，红砂岩就是其中一种较为理想的材料，红砂岩作为路基填料有强度高、稳定性好等诸多优点。本文对红砂岩填筑路基的施工工艺和质量检测控制进行了初步的探讨。

关键词：红砂岩路基质量检测

1红砂岩路基稳定性原理分析

众所周知，合格路基的内在质量应具备三个要求：具有足够的整体稳定性；具有足够的强度；具有足够的水稳性。简而言之，就是路基要达到“密实”、“均匀”和“稳定”的使用要求。

路基密实的过程，实际上是一个颗粒重组的过程，而对填石路基来说，则是岩石位移重组的过程。路基的稳定是相对的，也就是说，当路基在外界应力作用下，岩石间无位移或位移量能控制在某一个标准内时，我们就可认为路基最初是稳定的。而在设计年限内，在设计荷载的作用下，位移能控制在某一标准内，则我们可认为路基在使用过程中一直合格。

路基的稳定是由路基的整体决定的，对石方路基的稳定性，取决于两个方面：一是岩石填筑形成岩体后的孔隙比(e1)，而非岩石本身的孔隙比(e2)；二是岩石的强度。e2是不可改变的，所以要提高石方路基的稳定性，最理想的状态当然是e1尽可能小，而要达到这一目的，就是希望填料具有良好的级配，并容易碾压密实，而尽可能使岩石破碎是最直接的途径，而破碎程度的大小取决于岩石的强度和压实设备类型；路基的密实过程实际上也是填料棱角破碎，填料挤密的过程，所以路基成型后，路基能否保持稳定，与岩石的强度密切相关，此时岩石的强度越高，路基反而越稳定，而岩石的最大强度是有限的。且强度受自然因素的影响大，主要受大气、水的影响大，所以防护、排水工作对路基强度偏低的红砂岩至关重要。

2施工方案

路基施工方案的关键要确定三项指标：一是压实设备类型；二是松铺层厚；三是检测办法。根据石方路基稳定原理的定性分析、红砂岩的物理、力学性能及已往红砂岩路基的施工经验确定具体的施工方案。

2.1压实设备选择激振力35吨以上的压路机，也即YZ20以上压路机。之所以选择YZ20以上压路机，主要是YZ20以上压路机激振力大，各类型号的YZ20压路机激振力均在350KN以上，最大静线压力也在580N／cm以上，激振力大，有利于在碾压过程中对岩石进行二次解小；其次采用压路机施工进度有保证，且压路机操作简单，施工成本低。

2.2松铺层厚最初根据《公路工程路基施工规范》(JTJ033-95)，确定为50cm，石料最大粒径不大于30cm。在试验路段的铺设中，发现有部分强度低的红砂岩极易破碎，且红砂岩通过爆破解小后细料占有相当部分的比重，与别的石质有明显区别，所以最初把红砂岩完全当作填石路堤的构想不完全正确。实际上红砂岩在大吨位压路机的激振作用下，最初的填石结构的特性，发生了变化，它变为了土石混填结构。但同时由于分层厚度过大，通过挖验发现，石料架空现象较多，也即单点合格率低，为进一步克服这一点，后将松铺层厚由50cm改为35cm，最大粒径由35cm改为230m。

众所周知路基填土是典型的扰动的颗粒、水和空气组成的三相体材料，不同种类的填土，压实特性也不相同。而土石混合料的压实特性是大小颗粒在力的作用下克服颗粒问阻力产生位移的过程，即大小颗粒全新排列，相互靠近，使孔隙体积减少，单位体积内固体颗粒数量增加的过程。土石混合料的压实不仅与粗粒的风化程度有关，而且与其含量有关，当粗粒含量低于40％时，粗粒料在压实土体中仅作为不可压缩的骨料，混合料的压实细料起决定性作用。红砂岩本身的特点，使其在大吨位压路机作用下大颗粒的材料减少，不能起到骨架作用，只能作为不可压缩的包裹体，压实特性介于纯土和纯石之间，但其密度则因粗粒的存在而有不同程度的改变。

红砂岩填筑路基并不是纯粹意义上的石方填筑，而实际上是土石混填，因此在实际施工中我们采用土石混填的施工规范来进行施工。所以在后续的试验路段铺设时就规定松铺厚度为35cm，石料最大粒径不超过最大松铺厚度的2／3即(23cm)。通过在以后进行的挖验以及冲压补强的沉降观测证明这是成功的。

3检测方法的确定

检测方法的确定应满足：一、能合理评价路基工程质量；二、具有可操作性和经济性。

3.1密度检测法密度检测法是目前应用最广泛的一种方法，它是对路基质量的一种综合评价手段，该法是以Proctor压实理论为基础，并以现场实测干容重(pd)与室内标准击实试验求取的最大干容重(pdmax)之比值即压实度是否达到某一规定之值来实现。由于压实度法，对土石混填有其局限性，且小试坑方法也仅仅反映局部小范围的压实情况，为克服这些不足，提出沉降检验法。

3.2抗力检测法土体在压实的反复荷载作用下，强度得以提高，弹性模量随荷载次数增加而加强，最后趋于某一定值。塑性变形增量则逐渐减少最后趋于零，当土体达到这一状态时，就认为已经压实。本方法基于上述原理，采取一定的手段测定弹性模量或塑性变形增量，由此形成了二个分类，即弹性模量法和塑性变形法。

3.2.1弹性模量法目前对弹性模量的测定多采用承载比或弯沉，具体做法是选定某些测点，测定这些点在加卸载后的回弹弯沉，将测定的回弹弯沉值与规定的标准进行比较以判定压实质量是否合格。应用该法检测压实质量有以下优点：①测定指标直接与变形特性相联系；②荷载量大，影响范围广，反映了一定范围内压实填方的整体情况，不破坏土体结构，但检测需要弯沉车，大面积施工中不利于推广。

3.2.2塑性变形法此方法多采用水准仪进行。用水准仪测定塑性变形增量，即：在填方土体整体开始碾压前，先在整平的土体上布置方格网，确定各测点，然后开始碾压，每碾压一次。用水准仪测量上述各测点高程变化，直到碾压前后两次测定的高程之差(塑性变形增量)在规定的范围内(2mm)，即认为合格，这种方法直观、简单易行，且具备上述弹性模量法优点。但测点碾压前后的重现性较差，影响了测量精度；且检测沉降必须采用压路机振压两遍后再进行沉降观测。将耗费较多时间和机械台班，不便于在大面积施工中全面推广使用。

3.3沉降检验法对石方成型路基质量的检测、评估一直是一个难题，课题组最后选择了沉降检验法，对路基整体稳定程度进行检测与评价，其原理是：对已成型且认为合格的路基使用特大吨位的压实机具进行多次冲击，若其平均沉降能在某一标准(q)内，则可认为路基合格。标准a值可通过收集国内有关参数求得，同时通过对肯定有把握合格的标准路基进行冲击，分析合格路基沉降情况判别红砂岩路基合格程度。

4施工中的建议

4.1红砂岩干燥状态下单轴抗压强度为30-60MPa，自然状态下单轴抗压强度为15－30 MPa，饱水强度为0-20 MPa：其矿物成分主要以石英、长石、岩屑、泥质为主：

4.2对红砂岩填筑路基，应采用YZ20型以上(即最大激振力为350KN以上)的压路机，松铺层厚控制在35cm，摊铺前最大粒径控制在23cm以内的施工方案：

4.3在施工中，应严格监控，特别是应严格对松铺层厚和最大粒径的控制，由于红砂岩的压实度检测精度受试坑的大小影响较纯土方大，施工中重在以压实遍数控制工程质量；

4.4为提高红砂岩路基的单点合格率，建议对成型后的红砂岩路基采用大吨位压实机具进行一定范围的冲压补强：如果采用CYZ25冲击压路机进行冲压补强，则平均沉降在7CM以内，单点合格率达90％以上可认为路基质量合格，等等。