红砂岩路基施工工艺及修筑技术

李立国

（中交一公局集团华中工程有限公司，湖北 武汉）

前言

我国红砂岩分布面积较大，在红砂岩分布地区，路基施工受诸多因素影响。温度、干湿循环、pH 值、扰动等均会影响红砂岩性质稳定性，甚至导致红砂岩出现崩解破碎情况。红砂岩特殊的物理力学性质决定了传统路基压实修筑施工工艺无法满足红砂岩路基施工要求，也无法保证路基承载能力达标。因此，探究红砂岩路基施工工艺及修筑技术具有非常突出的现实意义。

1 红砂岩路基施工项目

一红砂岩路基施工项目起止里程为K0+000～K16+800，施工内容涵盖便道及其他临时设施、路基路面工程、互通枢纽、服务器及配套设施等。项目路网长16.8 km，路基宽22.5 m（见图1），行车道宽4×3.75 m，路缘带宽2×0.5 m，中央分隔带宽2 m，硬路肩、土路肩宽分别为2×1.5 m、2×0.75 m。工程主线设计行车速度为80 km/h，荷载为公路－Ⅰ级，设计洪水频率1/100，缓和曲线最小长度110 m，平曲线一般最小半径490 m，竖曲线一般最小长度170.529 m，最大纵坡4.8 m，最小坡长230 m。

图1 填方路基横断面

图1 中，1 为路面；2 为中央分隔带；3 为标高；4 为排水沟；5 为界碑。

项目所在地主要为低山丘陵，地势由东北向中南倾斜，地貌为剥蚀丘陵、丘间冲洪积盆地。项目地表部分地段被第四系土层覆盖，局部路段出露花岗岩、砾岩、泥质粉砂岩，具体见表1。项目所在区域地表水系发育，河网密布，且与地下水天然补给量相平衡。气候为亚热带季风湿润气候，年降雨相对较少时期为10月到次年2 月，年降雨相对较多时期为4 月到6 月。

表1 红砂岩路基地层岩性

项目质量要求单位工程一次竣工验收合格率为100%，公路工程竣工验收优良品率超95%。项目文明施工要求将施工对周边环境影响控制在最低限度，争取创造“安全生产、文明施工标准化施工工地”。项目安全施工要求安全措施执行率达到100%，事故隐患整改率达到100%，重大危险源监控率达到100%。

2 红砂岩路基施工工艺规划

工程路基施工包括路基填方、路基挖方、压实等内容，合同段施工时间为28 个月，开工日期为2023年7 月1 日，竣工日期为2025 年10 月02 日，在雨季来临前优先安排挖方区段。填方工程量为26.7 万m3，挖方工程量为70.6 万m3，清淤换填工程量为4.03 万m3。配置资源包括10 台挖机、2 台推土机、1 台装载机、1台平地机、30 台自卸车、2 台振动压路机、1 台小型夯实机等。借助现有乡村道路、主线路基到标尾红线修筑施工贯穿便道，便道两侧设置临时排水系统。同时沿便道施工共线段碎石桩及临时构筑物。共线段施工完毕后，施作相邻构筑物，期间布设完善的防水、截水、排水系统[1]。整个过程中，路基施工用土石方以弃方为主，区域内土方优先自用，剩余土方选择外运向其他工区、弃渣场方式，具体路基开挖断面见图2。

图2 路基开挖断面

图2 中，1 为土路肩；2 为硬路肩；3 为行车道；4为中央分隔带；5 为设计标高；6 为截水沟；7 为界碑；8为路线设计线；9 为矩形边沟[2]。

3 红砂岩路基修筑技术

3.1 路网布置

根据工程测量任务大且精度要求高的特点，参照《工程测量标准》（GB50026-2020）关于GPS 测量的要求，设定天线对中精度1 mm，静态测量时段长为45 min～60 min，数据采样间隔为15 s～60 s，完成平面控制网测量。进而借助光电三角高程，经徕卡TS06PLUS全站仪测量路基高程，为路基施工提供依据[3]。

3.2 土石方开挖

3.2.1 连续红砂岩土石方开挖

在临时排水设施设置完毕情况下，由上向下开挖土石方，开挖方法为分层法，开挖过程见图3。

图3 土石方开挖过程

图3 中，1 为路基中心线；2 为开挖分层，分为①-1、②-1、③-1、④-1、⑤-1、①。每层台阶深在1.5 m～2.0 m 之间；3 为开挖保护层，包括①-2、②-2、②-3、③-2、③-3、④-2、④-3、⑤-2、⑤-3；4 为原地面线；5 为保护层开挖基准线[4]。在开挖期间，因红砂岩石方特殊性质，在连续红砂岩路基段，利用8 t～25 t 以钢板为外壳、内部灌入混凝土的破碎锤（或挖掘机），连续破碎2 遍到3遍，进行低能量、间歇静态开挖，破碎锤与红砂岩路基表面相距8 m～25 m，破碎点布置为三角形（或正方形）每开挖2 m～3 m 及时清除渣土、清洁边坡松石、危石、挂碴，并借助推土机、挖掘机与自卸汽车吊运石方。同时进行边坡分级防护，确保边坡工作面充足，且挖方边坡顺直、圆滑、大面平整。在边坡清表的基础上，利用破碎锤破碎开挖的大体积红砂岩，为下一阶段回填操作提供依据。

3.2.2 分散红砂岩石方开挖

对于局部分散红砂岩石方段，选择浅孔梯段爆破方法，贯彻多眼、密炮、少药、浅孔的原则，根据爆破安全规程，确定微差爆破最大一段药量对应的安全爆破距离、爆破振动速度，计算公式如下：

式（1）、式（2）中，Ri为微差爆破最大一段药量对应的安全爆破距离，m；K 为与爆破场所地形相关的系数，150；V 为地震安全速度，cm/s；a 为与爆破地质条件相关的衰减指数，1.8；Q 为药包量，kg；Vi为微差爆破最大一段药量对应的爆破振动速度，cm/s。

在相关参数确定后，借助风动凿岩机钻设炮孔，最后一层留设20 cm±10 cm 的撬挖层，由人工自上而下凿打。炮孔内分批安装φ32 mm 卷装乳化炸药，并隔段使用非电导爆管毫秒雷管1～30 段，装药量与孔眼计算装药量相对应。在浅孔控制爆破分散红砂岩主体部分基础上，借助光面爆破处理边坡，促使边坡线预裂光面爆破形成减震槽，避免后期分散红砂岩爆破地震波对边坡稳定性的影响。爆破完毕后，人工平整基底并修造边坡局部。

3.3 红砂岩预崩解

根据红砂岩吸水性强以及在干湿循环作用下易崩解破碎、软化的特点，提前根据公路路基设计要求，收集爆破的红砂岩，进行人工洒水预崩解处理，消除红砂岩水活性，促使红砂岩颗粒预先软化成红砂岩土，且红砂岩土液限小于50%、塑性指数小于26、自由膨胀率小于80%[5]。

在红砂岩预先崩解为红砂岩土后，借助推土机推平红砂岩土，并经推土机后挂松土齿耙松红砂岩土，机器耙出较大颗粒并重复多次碾压，直至红砂岩土大颗粒（25 cm 及以上）基本压碎。

3.4 红砂岩铺筑

在清除路基周边30 cm 深度范围内表土、垃圾、有机物残渣、农作物根系以及水塘淤泥后，适当晾晒基底，利用预崩解后红砂岩分层铺筑。考虑到红砂岩在大吨位摊铺机作用下会发生结构特性异变，即由石方转变为土石混填结构，一旦分层厚度过大就会出现石料架空现象，因此，设定每层松铺厚度小于30 cm，每侧填料摊铺宽度超出路基设计宽度30 cm～50 cm，为后期路基边坡修整提供依据。松铺后，先借助推土机初次平整，再借助平地机由两侧向路基中心线推进，平地机精细平整路基表面1 遍到2 遍，确保每层平面无显著局部凹凸感。

3.5 红砂岩压实

借助50 t 以上轮胎压实机静止镇压红砂岩颗粒3 遍到5 遍，由两侧向中间推进，每行静压轮迹重叠40 cm 及以上，前后区段纵向搭接长度超出2 m 及以上。期间轮胎压实机行驶速度为2 km/h～3 km/h，确保均匀碾压且无漏压、无死角，且最大静线压力超出580 N/cm，便于在碾压过程中对红砂岩进行二次崩解，促使红砂岩土形成土状物包裹参与颗粒的独特结构[6]。

在静止镇压后，根据局部低强度红砂岩易破碎且在爆破后细料比重大的特点，利用35 t 以上振动压实机强振碾压方式，依据350 kN 及以上的激振力镇压2 遍到3 遍，强振碾压速度为3 km/h～4 km/h，由两侧路基边缘向路中心线推进，获得密实不透水的红砂岩压实体。

在振动碾压后，放出路基边线，根据设计要求，去除超出填筑部分并进行折点修整。修整至路基转折位置棱线明显且直线平直、曲线圆顺。

4 红砂岩路基修筑效果

在路基压实功一定情况下，根据《公路路基施工技术规范》（JTG/T3610-2019）和《公路路基路面现场测试规程》（JTJE60-2019）的相关要求，选定红砂岩路基修筑效果评定单元为1 km～3 km。在检测评定单元确定后，利用灌砂法，在标定粒径0.030 mm～0.60 mm量砂与灌砂筒的基础上，检测路基压实度[7]。随后利用夯锤、导管、荷载板、与圆孔筛，结合能量小于50 kN的材料强度仪，调节材料灌入速度至1 mm/min，对路基CBR（承载比）进行检测，记录检测结果，连续操作3 次，计算平均值。在这个基础上，以红砂岩路基碾压通行后1000d 为节点，进行车辆荷载后最大沉降测量，并以年为单位计算沉降速率。进而将实测值与标准值进行对比，判定红砂岩路基修筑效果，见表2。

表2 红砂岩路基修筑效果

在单位面积路基压实功为145.2 kJ/m3的情况下，预崩解后的红砂岩质土路基压实度达到95%，路基CBR 为13.5%，经过1000d 车辆荷载后的最大沉降为3.22 mm，承载能力达到标准要求。

结束语

综上所述，红砂岩极易吸水膨胀崩解，性质不够稳定，对路基施工提出了较大挑战。因此，在红砂岩路基施工过程中，技术人员可以先确定红砂岩性质，再分析红砂岩影响因素。在明确红砂岩性质影响因素的前提下，制定科学的路基填筑压实技术方案，实时检测控制红砂岩路基，确保红砂岩路基承载力符合要求。